基于未檢校CCD相機(jī)的三維測(cè)量方法及其在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、利用視覺測(cè)量或數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行高精度三維測(cè)量與重建是當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量領(lǐng)域的重要研究方向，在大型土木工程結(jié)構(gòu)的變形測(cè)量中，采用傳統(tǒng)的千分表或其它接觸式傳感器的方法往往不能滿足要求，而隨著高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)的廣泛應(yīng)用，運(yùn)用普通數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行非接觸的光學(xué)三維測(cè)量日益廣泛。傳統(tǒng)的數(shù)字近景攝影測(cè)量采用專業(yè)量測(cè)相機(jī)或已檢校的普通數(shù)碼相機(jī)，而在某些場(chǎng)合難以實(shí)現(xiàn)，論文研究了無(wú)足夠物方控制條件下運(yùn)用未檢校CCD相機(jī)進(jìn)行三維測(cè)量的基本

2、理論和方法，并將其用于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)變形監(jiān)測(cè)中。
　　 1.論文比較了攝影測(cè)量領(lǐng)域的共線方程和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的線性或非線性針孔模型的聯(lián)系與區(qū)別。分析和比較了經(jīng)典攝影測(cè)量中的空間交會(huì)方法、直接線性變換方法、相對(duì)定向—絕對(duì)定向、光束法平差等解析處理方法的理論模型、解算方法以及應(yīng)用場(chǎng)合；總結(jié)歸納了外極線約束、基本矩陣、本質(zhì)矩陣、單應(yīng)矩陣的估計(jì)方法及其與相機(jī)內(nèi)、外方位元素的關(guān)系。對(duì)于無(wú)物方控制點(diǎn)的未檢校影像，基本矩陣是唯一能從立體像對(duì)中恢復(fù)的

3、元素，本文提出了附約束條件最小二乘穩(wěn)健估計(jì)法；
　　 2.提出了適用于數(shù)字近景攝影測(cè)量的點(diǎn)特征的提取和匹配策略并分析了所能達(dá)到的精度，即先對(duì)可編碼人工標(biāo)志進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)并用基于矩和曲率保持方法提取子像素邊界后，用最小二乘擬合方法對(duì)標(biāo)志中心精確定位，然后恢復(fù)外極線，采用基于外極線約束的最小二乘匹配，并輔之以必要的人工量測(cè)；
　　 3.針對(duì)經(jīng)典攝影測(cè)量采用歐拉角表示旋轉(zhuǎn)矩陣的不足，本文研究了采用單位四元數(shù)表示旋轉(zhuǎn)矩陣的方法，推

4、導(dǎo)出了單位四元數(shù)表示方法與歐拉角表示方法、羅德里格矩陣表示方法之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。并將單位四元數(shù)表示的旋轉(zhuǎn)矩陣應(yīng)用于相對(duì)定向、絕對(duì)定向、光束法平差中。改進(jìn)了相對(duì)定向的PH算法，使得使用該方法進(jìn)行相對(duì)定向不需要初值時(shí)也能實(shí)現(xiàn)全局收斂，采用基于單位四元數(shù)的絕對(duì)定向的閉合解，不需要初值也能得到定向參數(shù)的最小二乘解。
　　 4.研究了無(wú)任何物方信息情況下雙像、多像三維度量重建的方法，提出基于單位四元數(shù)的附約束條件一維搜索迭代法進(jìn)行廣義相對(duì)定

5、向的新方法，和現(xiàn)有的直接解法相比，該方法極大地提高了廣義相對(duì)定向的精度和穩(wěn)健性，使得利用兩張未檢校影像實(shí)現(xiàn)度量重建在絕大多數(shù)條件下可行；改進(jìn)了計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的多像層次重建方法并應(yīng)用于立體攝影測(cè)量?jī)?nèi)、外方位元素的初值估計(jì)之中，有效地解決了攝影測(cè)量中無(wú)物方控制信息的相機(jī)方位元素的初值估計(jì)問題；
　　 5.研究了相機(jī)單站純旋轉(zhuǎn)的理論模型，提出了采用基于顯參數(shù)的最小二乘估計(jì)方法代替分步估計(jì)方法，該方法極大地提高了自檢校的精度和穩(wěn)定性。建

6、立了考慮旋轉(zhuǎn)偏心條件下，相機(jī)做Pan-Tilt-Zoom運(yùn)動(dòng)的投影模型以及三維測(cè)量方法。該方法包括同站相對(duì)定向、基片擴(kuò)充、異站定向、絕對(duì)定向四個(gè)步驟。其中同站相對(duì)定向理論是對(duì)經(jīng)典攝影測(cè)量理論的創(chuàng)新，同站定向在理論上減少了定向參數(shù)，只需要少量的同名點(diǎn)即可完成，有利于提高定向精度?？赏ㄟ^架設(shè)于普通腳架上的數(shù)碼相機(jī)的純旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量，有助于改善大型構(gòu)件攝影測(cè)量的構(gòu)像條件；
　　 6.自檢校光束法平差是理論最嚴(yán)密、解算精度最高的攝影測(cè)

7、量解析處理方法，在獲取內(nèi)、外方位元素的初值后，高精度的測(cè)量成果需要用光束法平差求精。論文研究了附基準(zhǔn)條件自檢校光束法平差的統(tǒng)一模型，這一模型既適合于經(jīng)典攝影測(cè)量控制網(wǎng)，也適用于攝影測(cè)量自由網(wǎng)，對(duì)于基于攝影測(cè)量的變形監(jiān)測(cè)具有重要意義。對(duì)于三維變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，變形分析和預(yù)測(cè)是一項(xiàng)主要內(nèi)容，論文給出了基于誤差橢球的假設(shè)檢驗(yàn)方法以及基于小波變換的去噪方法；特別是后者，對(duì)于分析觀測(cè)周期長(zhǎng)、位移量小的觀測(cè)數(shù)據(jù)序列具有比常規(guī)處理方法更好的效果；