基于全站仪与普通数码相机的大型物体三维形貌测量方法的研究_杨谢柳梁文峰方素平著.pdf

基于全站仪与普通数码相机的大型物体三维形貌测量方法的研究Research on Three-dimensional Measurement of Large-scaleObjects Based on Total Station and Common Digital Camera杨谢柳梁文峰方素平/著中国矿业大学出版社China University of Mining and Technology Press基于全站仪与普通数码相机的大型物体三维形貌测量方法的研究杨谢柳梁文峰方素平著中国矿业大学出版社图书在版编目(CIP)数据基于全站仪与普通数码相机的大型物体三维形貌测量方法的研究/杨谢柳，梁文峰，方素平著.一徐州：中国矿业大学出版社，2019.5ISBN978-7-5646-4447-5I.基.杨梁方.计算机视觉一三维数值模拟一测量方法一研究V.TP302.7中国版本图书馆CIP数据核字(2019)第098434号书名基于全站仪与普通数码相机的大型物体三维形貌测量方法的研究著者杨谢柳梁文峰方素平责任编辑章毅何晓惠出版发行中国矿业大学出版社有限责任公司(江苏省徐州市解放南路邮编221008)营销热线(0516)8388530783884995出版服务(0516)8388393783884920http:/ E-mail:印刷江苏淮阴新华印务有限公司开本78710921/16印张8.25字数158千字版次印次2019年5月第1版2019年5月第1次印刷定价33.00元(图书出现印装质量问题，本社负责调换)前言前言三维形状测量在反求工程、精密机械制造、安全监测等领域至关重要。目前，常规尺寸的三维形状测量方法已较为完善，但由于大型物体尺寸过大难以触及、不易或不可移动、通常在光照不可控的室外进行测量等特点，较难实现高精度测量。此外，在要求保持真实性的文物数字化等应用领域，必须同时获取物体的三维形状和颜色数据，即实现物体三维“形貌”的测量。本书将采用全站仪与普通数码相机相结合的方法实现大型物体三维形貌的高精度测量。为实现大型物体整体三维形貌的测量，通常需要在远距离处使用长焦距镜头对其进行拍摄。长焦距镜头的使用必然会减小相机的视场角、增大成像参数间的耦合程度，此时，对所有相机成像参数同时进行优化求解时将经常出现方程奇异无法求解或参数计算结果精度较低的情况。本书对图像的透视变形进行了详细分解，从透视变形的角度深入探讨了相机视场角变小导致相机标定情况恶化的根本原因，并定量分析了参数标定精度随相机视场角变化的规律。由于坐标已知的控制点可为相机成像参数标定提供更多的约束，因此，本书也将使用已知控制点进行系统参数标定，为此，需要选择控制点的类型。由于圆形特征的易检测性及其中心定位的噪声不敏感性，常选用圆形特征作为控制点。但使用圆形控制点时，由于不正确对应关系的建立往往会引入两种偏心误差，即透视偏心误差与畸变偏心误差。鉴于当前畸变偏心误差补偿方法的不足，本书提出在控制点几何参数已知的相机标定中，使用采样点估计变形椭圆的拟合中心，从而同时对透视与畸变偏心误差进行补偿。仿真和实验数据均证实了所提方法的有效性。为确保标定精度，通常需要使用大量的控制点进行相机标定，若人工识别各控制点，工作过于繁重且效率很低。为提高测量的自动化程度，本书设计了一种圆形彩色编码目标及相应的图像识别与定位算法。在编码目标的设计中，利用共面同心圆消除透视偏心误差实现控制点的精确定位，利用彩色码圆作为编码起始标记简化编码结构、增大可编码数目。编码目标的识别与定位算法在实验中表现出良好的准确性和鲁棒性。对于透视变形较小的窄视场相机，由于参数间的相互耦合，对所有相机透视成像参数同时进行优化求解所得结果精度较低。相机主距参数（以像素为单位。1