工业数字摄影测量技术及应用汇总.
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2 2 xd P 1 (r 2 x ) 2 P 2 x y 2 2 1x y yd P2 (r 2 y ) 2P
x 无畸变
偏心 畸变 分布 示意 图
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
像平面畸变
xm b1 x b2 y ym 0
A B C L D
识别过程
① 计算设计模板交比； ② 寻找符合条件的点集，利用交比不变量进行 匹配，得到图像中模版点的对应点集； ③ 仿射变换求出仿射参数； ④ 通过仿射参数恢复其它编码点，解码得到编 码标志的编码。
P1为像点坐标的权矩阵；
L3为内部参数虚拟的观测值向量，一般为零向量； P3为内部参数虚拟观测值的权矩阵。
3. 相机初始外方位元素获取及方法
• 单张像片定向
装置：定向棒（AutoBar） 算法：单像空间后方交会
① 通过解算一元四次方程求得其中3个控制点到 摄站的距离，利用第4个控制点消除歧异解； ② 计算3个控制点在像空间坐标系中的坐标； ③ 通过分解旋转矩阵线性计算外方位元素。
二．关键技术
1. 高精度标志点中心图像获取
2. 高精度相机标定算法及标定装置 3. 相机初始外方位元素获取及方法 4. 编码标志的设计与实现 5. 同名点自动匹配方法及策略
6. 光束法统一平差
7. 与其它测量系统的融合及统一数据处理
1. 高精度标志点中心图像获取
• 图像获取
回光反射标志
闪光灯
准二值影像
工业数字摄影测量技术及应用
工业数字摄影测量技术及应用
一．当前进展 二．关键技术 三．应用实例
一．当前进展
• 美国GSI公司的V-STARS系统
一．当前进展
• 挪威的MetroNor系统
一．当前进展
• 德国AICON 3D公司的DPA-Pro系统
一．当前进展
• 德国的TRITOP系统
一．当前进展
Z Y O X
AutoBar
z y x
a ß ?
S
C'(x3,y3) B'(x2,y2)
A'(x1,y1)
A(X1,Y1,Z1) C (X3,Y3,Z3)
B(X2,Y2,Z2)
3. 相机初始外方位元素获取及方法
• 多张像片定向
装置：定向棒、编码标志 算法：概略定向
① 利用自动定向棒对部分像片进行 空间后方交会； ② 利用已定向像片通过空间前方交 会计算部分编码标志点坐标； ③ 对至少含有4个编码标志点的像片 进行空间后方交会； ④ 重复步骤②～③，直至没有像片 可进行后方交会为止； ⑤ 光束法平差，提高定向精度。
• 国内院校
武汉大学、天津大学、北京航空航天大学、国防科技大学 …
• 我院部分研究成果
《数字近景摄影测量关键技术研究与应用》 黄桂平 博士论文 2005 《航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用》 王保丰 博士论文 2007 《计算机视觉工业测量系统的建立与标定》 王保丰 硕士论文 2004 《工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用》 范生宏 硕士论文 2006 《数字工业摄影测量中的标志点匹配和自检校光束法平差快速解算》 冯其强 硕士论文 2007
• 点状编码标志设计
• 设计原则
识别简单、稳定、可靠 有足够的编码数量
编 码 点
• 编码原理
采用十进制编码原理。利用每一个编 码点的数字标识数作为数字2的幂产 生一个数字，所有三个编码点产生的 数字之和为该编码标志的编码。
m 23 210 211 3080
模版点
4. 编码标志的设计与识别
1. 高精度标志点中心图像获取
• 标志点识别及精确定位
利用Canny 图像 算子检测边缘 几何检验 含有虚假 边缘的图像 标志点 边缘图像
灰度加权质心法
灰度平方加权质心法 标志点 像坐标
灰度检验
像点坐标测量精度优于Baidu Nhomakorabea.02像素
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
径向畸变
表达式：
r k1r 3 k2r 5 k3r 7 ...
分解到像平面坐标系的x轴和y轴上 ：
2 4 6 x k xr k xr k xr ... r 1 2 3 2 4 6 y k yr k yr k yr ... 1 2 3 r
• 点状编码标志识别
投影不变量：交比
AC.BD RL ( A, B, C , D) BC. AD A' C '.B' D' RL ' ( A' , B, ' C ' , D' ) B' C '.A' D'
A' B' C' D' L'
RL ( A, B, C, D) RL' ( A' , B, ' C' , D' )
AutoBar 编码标志
4. 编码标志的设计与识别
• 编码标志
编码标志是一种自身带有数字编码信息的人工标志，可 以通过图像处理等方法进行自动识别，实现工业摄影测 量中人工标志的自动匹配，进而作为不同像片之间的公 共点实现像片的自动拼接 。
点分布型编码标志
同心圆环型编码标志
4. 编码标志的设计与识别
枕形畸变 其中：
桶形畸变
x ( x x0 ) y ( y y0 ) r2 x y
2 2
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
偏心畸变
表达式：
2 2 2 P(r ) P P r 1 2
理想状态
y
实际状态
畸变最大
分解到像平面坐标系的x轴和y轴上 ：
• 光束法平差自标定
将内参数作为附加参数，连同物方点坐标、外方位元素同 时进行光束法平差计算。
V1 A1 X1 A2 X 2 A3 X 3 L1 V3 X 3 L
A1、A2和A3分别为相应的系数矩阵； L1为像点坐标的观测值向量；
:P 1 :P 3
X1、X2和X3分别为摄站参数、物方点坐标和内参数的改正数向量；
相机畸变模型
x xr xd xm y y r y d y m
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 试验场法标定
由一组控制点构成试验场，用待标定相机对试验场摄影， 然后根据单像片空间后方交会或多像片后方交会求解相 机内参数。
控制架
2. 高精度相机标定算法及标定装置
x 无畸变
偏心 畸变 分布 示意 图
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
像平面畸变
xm b1 x b2 y ym 0
A B C L D
识别过程
① 计算设计模板交比； ② 寻找符合条件的点集，利用交比不变量进行 匹配，得到图像中模版点的对应点集； ③ 仿射变换求出仿射参数； ④ 通过仿射参数恢复其它编码点，解码得到编 码标志的编码。
P1为像点坐标的权矩阵；
L3为内部参数虚拟的观测值向量，一般为零向量； P3为内部参数虚拟观测值的权矩阵。
3. 相机初始外方位元素获取及方法
• 单张像片定向
装置：定向棒（AutoBar） 算法：单像空间后方交会
① 通过解算一元四次方程求得其中3个控制点到 摄站的距离，利用第4个控制点消除歧异解； ② 计算3个控制点在像空间坐标系中的坐标； ③ 通过分解旋转矩阵线性计算外方位元素。
二．关键技术
1. 高精度标志点中心图像获取
2. 高精度相机标定算法及标定装置 3. 相机初始外方位元素获取及方法 4. 编码标志的设计与实现 5. 同名点自动匹配方法及策略
6. 光束法统一平差
7. 与其它测量系统的融合及统一数据处理
1. 高精度标志点中心图像获取
• 图像获取
回光反射标志
闪光灯
准二值影像
工业数字摄影测量技术及应用
工业数字摄影测量技术及应用
一．当前进展 二．关键技术 三．应用实例
一．当前进展
• 美国GSI公司的V-STARS系统
一．当前进展
• 挪威的MetroNor系统
一．当前进展
• 德国AICON 3D公司的DPA-Pro系统
一．当前进展
• 德国的TRITOP系统
一．当前进展
Z Y O X
AutoBar
z y x
a ß ?
S
C'(x3,y3) B'(x2,y2)
A'(x1,y1)
A(X1,Y1,Z1) C (X3,Y3,Z3)
B(X2,Y2,Z2)
3. 相机初始外方位元素获取及方法
• 多张像片定向
装置：定向棒、编码标志 算法：概略定向
① 利用自动定向棒对部分像片进行 空间后方交会； ② 利用已定向像片通过空间前方交 会计算部分编码标志点坐标； ③ 对至少含有4个编码标志点的像片 进行空间后方交会； ④ 重复步骤②～③，直至没有像片 可进行后方交会为止； ⑤ 光束法平差，提高定向精度。
• 国内院校
武汉大学、天津大学、北京航空航天大学、国防科技大学 …
• 我院部分研究成果
《数字近景摄影测量关键技术研究与应用》 黄桂平 博士论文 2005 《航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用》 王保丰 博士论文 2007 《计算机视觉工业测量系统的建立与标定》 王保丰 硕士论文 2004 《工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用》 范生宏 硕士论文 2006 《数字工业摄影测量中的标志点匹配和自检校光束法平差快速解算》 冯其强 硕士论文 2007
• 点状编码标志设计
• 设计原则
识别简单、稳定、可靠 有足够的编码数量
编 码 点
• 编码原理
采用十进制编码原理。利用每一个编 码点的数字标识数作为数字2的幂产 生一个数字，所有三个编码点产生的 数字之和为该编码标志的编码。
m 23 210 211 3080
模版点
4. 编码标志的设计与识别
1. 高精度标志点中心图像获取
• 标志点识别及精确定位
利用Canny 图像 算子检测边缘 几何检验 含有虚假 边缘的图像 标志点 边缘图像
灰度加权质心法
灰度平方加权质心法 标志点 像坐标
灰度检验
像点坐标测量精度优于Baidu Nhomakorabea.02像素
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
径向畸变
表达式：
r k1r 3 k2r 5 k3r 7 ...
分解到像平面坐标系的x轴和y轴上 ：
2 4 6 x k xr k xr k xr ... r 1 2 3 2 4 6 y k yr k yr k yr ... 1 2 3 r
• 点状编码标志识别
投影不变量：交比
AC.BD RL ( A, B, C , D) BC. AD A' C '.B' D' RL ' ( A' , B, ' C ' , D' ) B' C '.A' D'
A' B' C' D' L'
RL ( A, B, C, D) RL' ( A' , B, ' C' , D' )
AutoBar 编码标志
4. 编码标志的设计与识别
• 编码标志
编码标志是一种自身带有数字编码信息的人工标志，可 以通过图像处理等方法进行自动识别，实现工业摄影测 量中人工标志的自动匹配，进而作为不同像片之间的公 共点实现像片的自动拼接 。
点分布型编码标志
同心圆环型编码标志
4. 编码标志的设计与识别
枕形畸变 其中：
桶形畸变
x ( x x0 ) y ( y y0 ) r2 x y
2 2
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 相机内参数：10参数相机畸变模型
偏心畸变
表达式：
2 2 2 P(r ) P P r 1 2
理想状态
y
实际状态
畸变最大
分解到像平面坐标系的x轴和y轴上 ：
• 光束法平差自标定
将内参数作为附加参数，连同物方点坐标、外方位元素同 时进行光束法平差计算。
V1 A1 X1 A2 X 2 A3 X 3 L1 V3 X 3 L
A1、A2和A3分别为相应的系数矩阵； L1为像点坐标的观测值向量；
:P 1 :P 3
X1、X2和X3分别为摄站参数、物方点坐标和内参数的改正数向量；
相机畸变模型
x xr xd xm y y r y d y m
2. 高精度相机标定算法及标定装置
• 试验场法标定
由一组控制点构成试验场，用待标定相机对试验场摄影， 然后根据单像片空间后方交会或多像片后方交会求解相 机内参数。
控制架
2. 高精度相机标定算法及标定装置