论文摘要
在地质勘探、水利建设、矿山开发、城市规划及大型设备制造等工程实践中，经常需要对远距离、大尺寸的对像进行测量。测量尺寸首先要对目标点的空间位置进行定位。目前常用的空间定位方法有卫星定位、激光测距定位、水准仪、基于数字图像测量系统等方法。卫星定位系统已经具备了较高的定位精度，且定位速度快，但系统建设成本高，需要信号发射源；激光测距定位系统能达到毫米级的测量精度，但有测量盲区，远距离定位时需要设置目标反射境，且测量系统较为复杂；水准仪定位设备简单，但测量精度较低，操作较复杂，效率低。随着计算机技术和数字图像技术的迅速发展，使用普通数码相机(摄像机)或图像采集设备实现空间目标点的定位成为了可能。基于数字图像的空间定位首先需要对图像采集设备进行定标。目前，基于数字图像的空间定标方法有两大类：即基于定标物的定标和无需定标物的摄像机自定标。基于定标物的定标方法主要以基于点的定标法为代表；摄像机自定标法主要有基于灭点的定标法、基于摄像机旋转的定标法以及摄像机平移自定标法。基于定标物的定标法不需要解非线性方程，但必须设置定标物，且需要已知定标点精确的空间坐标；基于摄像机旋转和灭点的定标法只需要物体表面有一定数量的特征点或者几组平行线，且无需知道其具体的空间位置，便可以确定摄像机参数及目标点的空间位置，但对表面特征信息不丰富的物体，很难满足此要求；摄像机平移自定标法，需要摄像机在空间进行复杂的运动，以确定相机参数，因而系统较为复杂。论文在分析定标物定标法和摄像机自定标法的原理和优缺点基础上，结合两者的优点，提出了一种基于数字图片的二次定标空间定位方法。首先设置具有特征点的标准定标参照物，利用基于点的定标原理，求解摄像机的内外参数矩阵；然后调整焦距，使远距离的目标物体清晰成像，采集目标物体上特征点的图像；然后平行移动摄像机(移动距离已知)，在新的位置再次采集目标物体上特征点的图像；通过特征点在前后两图像上的位置，求解出其在世界坐标系下的坐标值，实现空间目标点的定位。为了分析基于数字图片二次定标空间定位方法的定位精度，应用MATLAB软件，分析了标准定标参照物特征点的位置误差、摄像机内外参数矩阵误差、摄像机位移误差、像素取整误差等因素对定位精度的影响及误差变化规律。最后论文给出了基于数字图片二次定标空间定位方法的简单的实验模型。基于数字图片的二次定标空间定位方法克服了卫星定位系统、激光测距定位系统及水准仪等定位方法在远距离、大尺寸测量定位中的不足。与现有的基于数字图像的定标方法相比，基于数字图片的二次定标空间定位方法能够同时完成定标和定位任务，避免了在远处或恶劣环境下设置定标物，对被测物体的纹理特征及几何特征无特殊要求，简化了测量系统，具有重要的理论价值和实用价值。