非量測相機檢校與目標運動參數(shù)測量方法研究.pdf

1、基于非量測相機的目標運動參數(shù)測量是指利用非專業(yè)測量相機拍攝的運動目標的圖像或圖像序列，從中解算目標位置、姿態(tài)、速度等參數(shù)的過程。基于非量測相機的目標運動參數(shù)測量有三個難點：一是非量測相機的內(nèi)定向參數(shù)不太穩(wěn)定，其內(nèi)定向檢校過程相對復雜；二是飛行的運動目標所在空間缺少控制點信息，外定向模型檢校較為困難；三是運動目標在圖像中所占區(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)外目標運動參數(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)了利用非量測相機測量目標運動參數(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)一的過程推導了面陣和線陣非量測相機的幾何成像模型。
　　2、針對面陣和線陣非量測相機，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)格的面陣相機內(nèi)定向模型檢校方法，較好地解決了面陣相機視場范圍大、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表面規(guī)則排列的網(wǎng)格紋理實現(xiàn)相機的較高精度的內(nèi)定向模型檢校，具有較強的可操作性。
　　（2）提出了一種基于移動平臺掃描成像的線陣相機內(nèi)定向模型檢校方法，較好地解決了線陣相機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模型中引入3個運動參數(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的動態(tài)模型求解相機主要定向參數(shù)。實驗證明該方法可獲得較高精度的線陣相機檢校結(jié)果。
　　3、針對面陣和線陣非量測相機，分別提出了一種基于組合相機的檢校方法。
　?。?）設(shè)計了一種測量相機和檢校相機固聯(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)運動目標的大范圍跟蹤測量。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成像，當觀測相機在跟蹤拍攝目標過程中發(fā)生擺動

5、時，定向相機對準一檢校場景發(fā)生近似繞其主光軸的旋轉(zhuǎn)，從而可以利用定向相機拍攝的每一幅圖像間接恢復出對應(yīng)時刻測量相機的外定向模型。該系統(tǒng)能廉價地實現(xiàn)運動目標大范圍跟蹤測量。
　?。?）提出一種基于面陣輔助相機的線陣相機檢校方法。該方法在將兩個相機固定在一起后經(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內(nèi)定向模型和兩個相機之間相對方位關(guān)系。然后通過面陣輔助相機空間后方交會間接獲取線陣相機的外定向模

6、型參數(shù)，進而可構(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較高的檢校精度，具有較強的實用性。
　　4、提出了兩種基于目標先驗知識的運動參數(shù)解算方法，較好地解決了運動參數(shù)解算中目標圖像信息量少的問題。
　?。?）提出了一種基于目標表面結(jié)構(gòu)化特征點的運動參數(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)學模型，然后在解算過程中對待求參數(shù)進行線