基于光束法平差的CCD大尺度多目标坐标检测方法研究

基于CCD的数字摄影测量方法以其快速、高精度、非接触等优点，目前应用在我国大型天文望远镜LAMOST（郭守敬望远镜）的焦面光纤位置检测中。高精度的多目标位置检测直接关系到多目标天文望远镜巡天中定位单元的快速、准确找星及其巡天效率。随着多目标天文望远镜的蓬勃发展，科学工作者们开始了更高测量精度的追求。本项目在数字近景摄影测量研究基础上，提出以激光跟踪仪测量获得高精度控制点、结合光束法平差理论进行像机自标定以及目标位置计算的大尺度多目标坐标检测方法，期望实现30um/m（2倍标准差）的多目标空间坐标测量精度，满足天文工作者们对更高测量精度的需求，从而提高多目标天文望远镜的巡天观测效率。.研究内容包括：激光跟踪仪测量坐标与摄影测量坐标的转换方法；激光靶球与光学标志转换座的设计与制作；像机光束法平差自标定以及多目标空间点坐标求取；空间坐标测量精度的评定等。

本项研究将数字摄影测量方法应用于我国大型天文望远镜LAMOST的焦面光纤位置检测中，期望的光纤坐标检测精度为30µm/m（2倍标准差）。由于光纤的通光直径只有0.32mm，而焦面直径却有1.75m，即使使用了3600万像素的超高分辨率相机，仍满足不了高精度亚像素定位的像素要求。因此本研究采用了分区测量的策略，即将焦面区域分割成多个较小的子区域，再使用摄影测量方法检测光纤在子区域内的坐标。所有子区域内设置一些特殊标记，这些标记既可以作为摄影测量的控制点所用，也能被激光跟踪仪测量其坐标。通过激光跟踪仪在同一坐标系下测量所有控制点的坐标为桥梁，可以将每个子区域的光纤坐标进行转换最终统一。.由于控制点结构复杂、加工和标定困难，且每个控制点会占用一个光纤定位单元的位置，为了减少控制点的数量，本研究发展了一种多次迭代光束法平差的方法，只需要一个高精度控制点就可以达到有四个高精度控制点直接使用光束法平差的精度。.实际测量结果显示，在实验室环境使用测试板的情况下，检测精度达16µm/m，但在实际场合，检测精度却增大到34µm/m，该结果并没有完全达到预期指标。由于摄影测量的精度严重依赖于成像质量，而实际现场由于光纤长短不一、多光源照明等原因，光纤的发光强度强弱不一、均匀性很差，这是本研究的考虑不足之处。测试板的结果表明本研究的方法在原理上是正确可行的，在下一步的研究之中需重点考虑现场因素的干扰，以期达到更高精度要求。