本發(fā)明涉及三維立體視覺測量技術(shù)的攝影測量學(xué)領(lǐng)域,旨在解決一種大型浮空器囊體體積測量中的分段采集拼接技術(shù)和多相機(jī)聯(lián)合測量方法的問題。
背景技術(shù)：
：浮空器囊體體積測量是大型浮空器在飛試前一個(gè)重要工作過程，通過對(duì)浮空器囊體空間尺寸和囊體體積進(jìn)行現(xiàn)場測量，通過評(píng)估其有效載荷條件下的平衡性能、氣動(dòng)特性，成為評(píng)價(jià)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的有效手段，對(duì)提高浮空器飛行品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。研究一種基于分段采集拼接技術(shù)的浮空器囊體多相機(jī)聯(lián)合測量方法，實(shí)現(xiàn)大型浮空器囊體體積外場試驗(yàn)環(huán)境中的準(zhǔn)確測量很有必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種浮空器囊體多相機(jī)聯(lián)合測量方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種浮空器囊體多相機(jī)聯(lián)合測量方法，該方法的主要實(shí)現(xiàn)過程為：將大場景分為若干段，利用多個(gè)相機(jī)聯(lián)合多角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每段場景與相鄰場景之間具有30％以上重疊區(qū)域，由每個(gè)場景所獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，得到場景的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在未充氣的浮空器囊體的表面設(shè)置多個(gè)視覺特征點(diǎn)，保證每段場景的重疊區(qū)域有至少3個(gè)視覺特征點(diǎn)，利用重疊區(qū)域中的視覺特征點(diǎn)將各段場景統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中，完成場景的無縫拼接，構(gòu)成整個(gè)大場景的完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上重構(gòu)浮空器囊體表面的三維模型，根據(jù)該三維模型求出浮空器囊體體積。本發(fā)明利用重疊區(qū)域中的視覺特征點(diǎn)作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)求出兩個(gè)相鄰分段場景點(diǎn)云的平移和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各段場景的點(diǎn)云模型統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中，旋轉(zhuǎn)矩陣R表示為：其中，代表航向傾角，即繞y軸旋轉(zhuǎn)的角度；代表旁向傾角，即繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度；κ代表像片旋角，即繞z軸旋轉(zhuǎn)的角度。多個(gè)相機(jī)的布置方式為：多個(gè)相機(jī)均勻分布在場景范圍中，每只測量相機(jī)安裝支架的總高度要高于測量區(qū)內(nèi)的浮空器囊體高度，以地面為基準(zhǔn)，相機(jī)均勻分布在這個(gè)高度以內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明對(duì)于不同大小的浮空器可以完成其體積量測，并能保持有效的接近實(shí)際的準(zhǔn)確結(jié)果，本發(fā)明是大型浮空器囊體體積測量技術(shù)基礎(chǔ)，具有重要實(shí)現(xiàn)意義。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例浮空器囊體測量場景測量側(cè)面示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例浮空器囊體測量場景測量正面示意圖；圖3為本發(fā)明SFM算法原理示意圖；其中，1、照相機(jī)；2、浮空器囊體；3、浮空器囊體表面布設(shè)的視覺特征標(biāo)記點(diǎn)；4、分段場景范圍；5、影像。具體實(shí)施方式本發(fā)明原理如下:(1)分段采集拼接技術(shù)浮空器囊體體積較大，要量測其體積需要完成大場景的數(shù)據(jù)采集，由于整個(gè)場景的數(shù)據(jù)量過大不便于后續(xù)處理，為解決這個(gè)問題可采用分段采集的方法將場景分為若干段分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在采集過程中為方便后期的拼接和建模需要在浮空器囊體上貼上視覺特征標(biāo)志點(diǎn)，并在多個(gè)角度環(huán)繞拍攝影像，相鄰場景需要有一定的重疊區(qū)域，重疊區(qū)域中含有至少3個(gè)視覺特征點(diǎn)。將分段采集的模型拼接成整體場景的模型需要將相鄰的模型兩兩配準(zhǔn)。這里把點(diǎn)云模型之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換當(dāng)作剛性變換，利用重疊區(qū)域中的視覺特征點(diǎn)作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)求出兩個(gè)相鄰分段場景點(diǎn)云的平移和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各段場景的點(diǎn)云模型統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中。假設(shè)兩個(gè)場景的點(diǎn)云模型分別為P、Q，將點(diǎn)云Q視作源點(diǎn)云到點(diǎn)云P為目標(biāo)點(diǎn)云，Q到P的變換看成剛性變換，即P＝R*Q+T,其中R是旋轉(zhuǎn)矩陣，一個(gè)3×3的正交矩陣，且其行列式為1。T是一個(gè)三維的平移向量T＝(tx,ty,tz)T。旋轉(zhuǎn)矩陣有多種表達(dá)方式，這里采用以Y軸為主軸的φ-ω-κ系統(tǒng)：以Y為主軸旋轉(zhuǎn)φ角，然后繞X軸旋轉(zhuǎn)ω角，最后繞Z軸旋轉(zhuǎn)κ角。由此定義的旋轉(zhuǎn)矩陣R可表示為公式(1)：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)向量t可表示為：t＝(tx，ty，tz，φ，ω，κ)T將至少需要3組視覺特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)代入即可求出變換參數(shù)，這樣就可以將兩個(gè)相鄰場景點(diǎn)云模型統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下，去除重疊區(qū)域的冗余點(diǎn)即可完成分段場景點(diǎn)云模型的無縫拼接。(2)多相機(jī)聯(lián)合測量方法由于外景測量時(shí)受外界風(fēng)速、光照影響較大，由一臺(tái)照相機(jī)完成對(duì)浮空器囊體整個(gè)表面的影像采集不僅耗費(fèi)時(shí)間多，而且由于環(huán)境變化成像時(shí)間不同的同一物體的影像也會(huì)產(chǎn)生差異，對(duì)每個(gè)場景中模型的建立，需要利用多相機(jī)聯(lián)合進(jìn)行多角度拍攝，浮空器囊體測量的場景布設(shè)如圖1、2。拍攝的影像利用SFM原理進(jìn)行解析獲取三維空間的位置，構(gòu)成點(diǎn)云模型。SFM是計(jì)算機(jī)視覺中由影像計(jì)算物體三維坐標(biāo)的一種算法，其基本原理如圖3所示，它基于物方(空間)點(diǎn)、像點(diǎn)、相機(jī)中心三點(diǎn)共線的成像模型，根據(jù)兩張或兩張以上影像上的同名點(diǎn)，進(jìn)行交會(huì)得到空間點(diǎn)三維坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)三維空間的測量與認(rèn)知。三點(diǎn)共線的原理可以用下面的公式描述：x-x0=-fa1(XA-XS)+b1(YA-YS)+c1(ZA-ZS)a3(XA-XS)+b3(YA-YS)+c3(ZA-ZS)y-y0=-fa2(XA-XS)+b2(YA-YS)+c2(ZA-ZS)a3(XA-XS)+b3(YA-YS)+c3(ZA-ZS)---(2)]]>式(2)為一般中心投影的構(gòu)像方程——共線方程，也是SFM算法所基于的基本模型。在SFM算法構(gòu)建的點(diǎn)云模型的基礎(chǔ)上通過標(biāo)準(zhǔn)三角形面元重建方法重構(gòu)浮空器囊體表面的三維模型，根據(jù)所得的三維模型，由各個(gè)面元的解析表達(dá)求解浮空器囊體的外形尺寸，而浮空器囊體體積可在三維模型的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值積分方法求得。當(dāng)前第1頁1 2 3