大尺寸視覺測量精度的理論和實驗研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，對測量任務(wù)提出了大范圍、高精度、現(xiàn)場測量，甚至動態(tài)測量的要求。傳統(tǒng)的三維測量技術(shù)無法滿足這一要求，在這種背景下，視覺測量技術(shù)得以產(chǎn)生并成為一個重要的研究方向。視覺測量技術(shù)以圖像為信息的載體，和計算機技術(shù)緊密的結(jié)合，具有非接觸、快速測量、高精度等特點，己被廣泛應(yīng)用于各種測量任務(wù)中。視覺測量系統(tǒng)的精度直接決定著該系統(tǒng)的價值，因此研究視覺測量的精度理論及實驗有重要的意義。
　　 本文在相關(guān)項目的資助下，較系統(tǒng)的研究了

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

3、確的重建點不確定度的數(shù)學(xué)公式。同時，利用該數(shù)學(xué)公式估計權(quán)值，提出了視覺測量系統(tǒng)的加權(quán)最小二乘算法，仿真和實驗結(jié)果表明，該算法在攝像機數(shù)量較少的條件下解算精度優(yōu)于原有方法，在攝像機數(shù)量較多的條件下解算精度不次于原有方法。
　　 （2）針對視覺測量系統(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)公式的問題，將灰色系統(tǒng)理論用于視覺測量系統(tǒng)。文中首先改進了灰色系統(tǒng)理論，提出利用灰色系數(shù)向量來描述測量數(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，研究因素對視覺測量系統(tǒng)精度的影響，該方法彌補了采用數(shù)理統(tǒng)計方法作系統(tǒng)分析導(dǎo)致的不足，給出了影響因素和測量精度之間的關(guān)聯(lián)度，為視覺測量方案的設(shè)計提供了參考依據(jù)。
　　 （3）針對大尺寸視覺測量的精度評價問題，提出了以距離約束為基礎(chǔ)，進行點的擬合，利用擬合點估計偏差和不確定度的評定方法，并定義為擬合點的偏差和離散度。該方法首先在視場內(nèi)建立多個基準(zhǔn)距離；利用距離和坐標(biāo)系的選取無關(guān)的性質(zhì)，在視覺測量

5、系統(tǒng)中，基于距離約束對點的偏差進行擬合。由于存在誤差，使得該點的擬合存在離散度，從而將多個控制點的不確定度傳遞到擬合點上，利用該點的擬合不確定度來表示整個視覺測量的不確定度。實驗中，偏差估計達到了設(shè)定的置信水平，不確定度的估計也符合實際值。
　　 （4）攝像機參數(shù)標(biāo)定是視覺測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文針對大尺寸視覺測量系統(tǒng)的攝像機標(biāo)定問題，提出了二維柔性拼接標(biāo)定方法。該方法基于多個子標(biāo)定板，各子標(biāo)定板分為擴展區(qū)和識別區(qū)，其中識別區(qū)由編碼