大尺寸視覺(jué)測(cè)量精度的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量任務(wù)提出了大范圍、高精度、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，甚至動(dòng)態(tài)測(cè)量的要求。傳統(tǒng)的三維測(cè)量技術(shù)無(wú)法滿足這一要求，在這種背景下，視覺(jué)測(cè)量技術(shù)得以產(chǎn)生并成為一個(gè)重要的研究方向。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)以圖像為信息的載體，和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密的結(jié)合，具有非接觸、快速測(cè)量、高精度等特點(diǎn)，己被廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量任務(wù)中。視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的精度直接決定著該系統(tǒng)的價(jià)值，因此研究視覺(jué)測(cè)量的精度理論及實(shí)驗(yàn)有重要的意義。
　　 本文在相關(guān)項(xiàng)目的資助下，較系統(tǒng)的研究了

2、大尺寸視覺(jué)測(cè)量精度的理論，具體涵蓋了測(cè)量的誤差源、誤差傳遞分析、精度的評(píng)價(jià)、攝像機(jī)標(biāo)定等方面。論文主要針對(duì)以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)了研究并取得相應(yīng)成果：
　　 （1）為了推導(dǎo)重建點(diǎn)的不確定度、投影矩陣和像點(diǎn)不確定度的數(shù)學(xué)關(guān)系，提出了利用參數(shù)方程重新描述投影過(guò)程的新思路。文中改變了視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的原有解算方程，利用參數(shù)方程描述投影過(guò)程，并重新推導(dǎo)了三維重建點(diǎn)的解算方程。該方法克服了原有分析方法過(guò)于繁雜的不足，簡(jiǎn)化了誤差傳遞分析，給出了明

3、確的重建點(diǎn)不確定度的數(shù)學(xué)公式。同時(shí)，利用該數(shù)學(xué)公式估計(jì)權(quán)值，提出了視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的加權(quán)最小二乘算法，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在攝像機(jī)數(shù)量較少的條件下解算精度優(yōu)于原有方法，在攝像機(jī)數(shù)量較多的條件下解算精度不次于原有方法。
　　 （2）針對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)樣本量小，誤差非典型分布，以及并非所有的影響因素都可以建立明確的數(shù)學(xué)公式的問(wèn)題，將灰色系統(tǒng)理論用于視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。文中首先改進(jìn)了灰色系統(tǒng)理論，提出利用灰色系數(shù)向量來(lái)描述測(cè)量數(shù)據(jù)的不確定度

4、，在此基礎(chǔ)上利用灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析方法，研究因素對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)精度的影響，該方法彌補(bǔ)了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法作系統(tǒng)分析導(dǎo)致的不足，給出了影響因素和測(cè)量精度之間的關(guān)聯(lián)度，為視覺(jué)測(cè)量方案的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
　　 （3）針對(duì)大尺寸視覺(jué)測(cè)量的精度評(píng)價(jià)問(wèn)題，提出了以距離約束為基礎(chǔ)，進(jìn)行點(diǎn)的擬合，利用擬合點(diǎn)估計(jì)偏差和不確定度的評(píng)定方法，并定義為擬合點(diǎn)的偏差和離散度。該方法首先在視場(chǎng)內(nèi)建立多個(gè)基準(zhǔn)距離；利用距離和坐標(biāo)系的選取無(wú)關(guān)的性質(zhì)，在視覺(jué)測(cè)量

5、系統(tǒng)中，基于距離約束對(duì)點(diǎn)的偏差進(jìn)行擬合。由于存在誤差，使得該點(diǎn)的擬合存在離散度，從而將多個(gè)控制點(diǎn)的不確定度傳遞到擬合點(diǎn)上，利用該點(diǎn)的擬合不確定度來(lái)表示整個(gè)視覺(jué)測(cè)量的不確定度。實(shí)驗(yàn)中，偏差估計(jì)達(dá)到了設(shè)定的置信水平，不確定度的估計(jì)也符合實(shí)際值。
　　 （4）攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定是視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文針對(duì)大尺寸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定問(wèn)題，提出了二維柔性拼接標(biāo)定方法。該方法基于多個(gè)子標(biāo)定板，各子標(biāo)定板分為擴(kuò)展區(qū)和識(shí)別區(qū)，其中識(shí)別區(qū)由編碼