非量測相機(jī)檢校與目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)測量方法研究.pdf

1、基于非量測相機(jī)的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)測量是指利用非專業(yè)測量相機(jī)拍攝的運(yùn)動目標(biāo)的圖像或圖像序列，從中解算目標(biāo)位置、姿態(tài)、速度等參數(shù)的過程?；诜橇繙y相機(jī)的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)測量有三個難點：一是非量測相機(jī)的內(nèi)定向參數(shù)不太穩(wěn)定，其內(nèi)定向檢校過程相對復(fù)雜；二是飛行的運(yùn)動目標(biāo)所在空間缺少控制點信息，外定向模型檢校較為困難；三是運(yùn)動目標(biāo)在圖像中所占區(qū)域面積較小，參數(shù)解算中可利用的圖像信息不多，解算難度較大。
　　論文在全面總結(jié)和分析國內(nèi)外目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)攝影測

2、量方法的基礎(chǔ)上，對上述三個難點問題開展研究，論文完成的主要工作和取得的主要創(chuàng)新點如下：
　　1、總結(jié)了利用非量測相機(jī)測量目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)的基本作業(yè)流程，明確了空間剛體變換模型及其參數(shù)的物理意義，用統(tǒng)一的過程推導(dǎo)了面陣和線陣非量測相機(jī)的幾何成像模型。
　　2、針對面陣和線陣非量測相機(jī)，分別提出了一種內(nèi)定向模型檢校方法。
　?。?）提出了一種基于平面網(wǎng)格的面陣相機(jī)內(nèi)定向模型檢校方法，較好地解決了面陣相機(jī)視場范圍大、難以布設(shè)檢校

3、場景的問題。該方法巧妙利用旋轉(zhuǎn)矩陣約束和同一網(wǎng)格在不同視角下的圖像，通過退化的投影方程對相機(jī)內(nèi)定向模型參數(shù)實現(xiàn)直接線性解算。實踐證明該方法可以利用常見的人造目標(biāo)表面規(guī)則排列的網(wǎng)格紋理實現(xiàn)相機(jī)的較高精度的內(nèi)定向模型檢校，具有較強(qiáng)的可操作性。
　　（2）提出了一種基于移動平臺掃描成像的線陣相機(jī)內(nèi)定向模型檢校方法，較好地解決了線陣相機(jī)由于單次成像信息量少而難以識別空間點的問題。該方法通過在線陣相機(jī)模型中引入3個運(yùn)動參數(shù)，使得能夠在所獲取

4、的掃描圖像中識別出大量的空間點，從而可以利用線陣相機(jī)的動態(tài)模型求解相機(jī)主要定向參數(shù)。實驗證明該方法可獲得較高精度的線陣相機(jī)檢校結(jié)果。
　　3、針對面陣和線陣非量測相機(jī)，分別提出了一種基于組合相機(jī)的檢校方法。
　　（1）設(shè)計了一種測量相機(jī)和檢校相機(jī)固聯(lián)攝影測量系統(tǒng)，并提出了自動確定其外定向模型參數(shù)的方法，可實現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)的大范圍跟蹤測量。該系統(tǒng)通過一臺同步控制器控制組合在一起的兩臺相機(jī)成像，當(dāng)觀測相機(jī)在跟蹤拍攝目標(biāo)過程中發(fā)生擺動

5、時，定向相機(jī)對準(zhǔn)一檢校場景發(fā)生近似繞其主光軸的旋轉(zhuǎn)，從而可以利用定向相機(jī)拍攝的每一幅圖像間接恢復(fù)出對應(yīng)時刻測量相機(jī)的外定向模型。該系統(tǒng)能廉價地實現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)大范圍跟蹤測量。
　?。?）提出一種基于面陣輔助相機(jī)的線陣相機(jī)檢校方法。該方法在將兩個相機(jī)固定在一起后經(jīng)過兩個相對獨立的過程完成檢校。首先在室內(nèi)借助于一個二維的動態(tài)檢校場景獲得線陣相機(jī)內(nèi)定向模型和兩個相機(jī)之間相對方位關(guān)系。然后通過面陣輔助相機(jī)空間后方交會間接獲取線陣相機(jī)的外定向模

6、型參數(shù)，進(jìn)而可構(gòu)建立體觀測模型。仿真和實測數(shù)據(jù)實驗表明該方法可獲得線陣相機(jī)較高的檢校精度，具有較強(qiáng)的實用性。
　　4、提出了兩種基于目標(biāo)先驗知識的運(yùn)動參數(shù)解算方法，較好地解決了運(yùn)動參數(shù)解算中目標(biāo)圖像信息量少的問題。
　?。?）提出了一種基于目標(biāo)表面結(jié)構(gòu)化特征點的運(yùn)動參數(shù)估計方法，它能夠利用立體線陣圖像同時解算彈丸速度、初始位置和姿態(tài)等參數(shù)。該方法首先根據(jù)成像方程構(gòu)建了參數(shù)求解的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，然后在解算過程中對待求參數(shù)進(jìn)行線