经纬像机组网摄像测量系统研制

The accurate coordinates measurement in a large volume, including the shape and deformation measurement of large structure and the trajectory measurement of moving objects in a large space, is a basic problem in the engineering area. However, the demands on the measurement volume and accuracy conflict fundamentlly for traditional photogrammetry. To tackle this dilema, we propose a novel notion-"Theodolite-Camera(TC)", which attaches a camera to a rotation frame with 2 degrees of freedom,facilitating the camera to aim any area to measure agilely. Furthermore, a Theodolite-Camera Networked Videometric System(TCNVS) is to build to measure the coordinates accurately in a large volume. The related theories and techniques will be studied,such as the desigh of Camera Network, the calibration of TC, target feature extraction( including the detection, accurate matching and tracking of feature), etc. Moreover, the research will also be application-oriented and a user-friendly software system will be deveploped, which could accomplish the whole measurement procedures, from the network design, calibration, feature extraction,to the visual analysis of the data, providing the TCNVS the ability of Black Box. To conclude, this proposal has great values both in theories and engineering applications, and will solve many key theoretic and technical problems and make progresses in the homemade precision measurement instruments.

大量程高精度三维坐标测量，包括大型结构形貌及变形测量，运动目标在大空间范围内的轨迹测量等，是工程领域的一个基本问题。摄像测量是解决这一问题的有效手段，但存在大量程和高精度之间的基本矛盾。本项目提出经纬像机这一创新解决思路，将摄像机与二自由度旋转架固联，使摄像机能灵活指向任意待测量区域，利用多个经纬像机构成的经纬像机组网摄像测量系统（TCNVS）实现大尺度范围的高精度坐标测量。本项目将研究TCNVS在实际应用中需要解决的理论及技术问题，包括像机系统组网设计、经纬像机标定、目标特征提取（包括特征检测、高精度匹配及跟踪定位）等。本项目也将面向应用，开发用户友好的软件系统，能够快速、灵活地完成从像机组网布局、标定、特征提取以及数据可视化分析等完整的测量流程，使TCNVS达到"黑盒"测量水平。本项目具有重大的理论意义与工程应用价值，将解决大量程高精度坐标测量的关键理论问题，促进精密测量仪器国产化。

大量程高精度三维坐标测量，包括大型结构形貌及变形测量，运动目标在大空间范围内的轨迹测量等，是工程领域的一个基本问题。摄像测量是解决这一问题的有效手段，但存在大量程和高精度之间的基本矛盾。.本项目采用将工程测量仪器全站仪或经纬仪抑或是普通二维旋转平台与摄像测量中使用的非量测型像机相固联的方式构成经纬像机摄像测量系统，通过工程测量仪器或普通二维旋转平台带动像机指向任意区域进行测量，并利用其提供的方位角和高低角信息实时的修正像机外参，真正做到像机视场非固定、免现场控制点。本项目的主要研究成果如下：.（1）设计了三种经纬相机构成方式，即基于全站仪的经纬相机、基于经纬仪的经纬相机和基于普通二维旋转平台的经纬相机，并分析和建立了不同构成方式下的普适经纬相机成像模型；.（2）针对经纬相机的不同构成方式，提出了相应的经纬相机标定方法；.（3）针对基于普通二自由度旋转平台的经纬相机，提出了照准轴旋转角度的传递测量方法和相机参数逐级标定方法；.（4）提出了基于改进遗传算法的经纬相机组网布站方法，该方法在给定待测模型、相机类型和个数、测量环境约束、测量精度要求等条件下，能够给出相机组网优化配置结果，为实施现场组网测量提供依据；.（5）实现了人工编码标志的检测、定位及跟踪。.（6）研制了经纬相机组网摄像测量系统，并成功应用于风电叶片、机翼和飞艇等的形貌测量。.共发表论文14篇，其中SCI收录 5篇，EI收录9篇；获国家发明专利2项；培养了5名博士研究生，1名博士后。.经纬像机摄像测量方法既具有工程测量仪器空间测量范围大，能对目标进行跟踪测量的优点，又结合了摄像测量技术适用于对大量密集点和运动目标进行测量的优点，满足实施大尺度运动测量和大型结构变形测量要求，有着广泛的应用前景和实用价值。