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重要工作過程，通過對浮空器囊體空間尺寸和囊體體積進(jìn)行現(xiàn)場測量，通過評估其有效載荷條件下的平衡性能、氣動特性，成為評價和驗證設(shè)計參數(shù)的有效手段，對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，實現(xiàn)大型浮空器囊體體積外場試驗環(huán)境中的準(zhǔn)確測量很有必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(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，該方法的主要實現(xiàn)過程為：將大場景分為若干段，利用多個相機(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，得到場景的點云數(shù)據(jù)，在未充氣的浮空器囊體的表面設(shè)置多個視覺特征點，保證每段場景的重疊區(qū)域有至少3個視覺特征點，利用重疊區(qū)域中的視覺特征點將各段場景統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系中，完成場景的無縫拼接，構(gòu)成整個大場景的完整的點云數(shù)據(jù)模型，在點云數(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)域中的視覺特征點作為對應(yīng)點求出兩個相鄰分段場景點云的平移和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各段場景的點云模型統(tǒng)一到一個坐標(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。多個相機(jī)的布置方式為：多個相機(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)，具有重要實現(xiàn)意義。附圖說明圖1為本發(fā)明實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；4、分段場景范圍；5、影像。具體實施方式本發(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，由于整個場景的數(shù)據(jù)量過大不便于后續(xù)處理，為解決這個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，并在多個角度環(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個視覺特征點。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)域中的視覺特征點作為對應(yīng)點求出兩個相鄰分段場景點云的平移和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各段場景的點云模型統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系中。假設(shè)兩個場景的點云模型分別為P、Q，將點云Q視作源點云到點云P為目標(biāo)點云，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3×3的正交矩陣，且其行列式為1。T是一個三維的平移向量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組視覺特征點的三維坐標(biāo)作為對應(yīng)點代入即可求出變換參數(shù)，這樣就可以將兩個相鄰場景點云模型統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系下，去除重疊區(qū)域的冗余點即可完成分段場景點云模型的無縫拼接。(2)多相機(jī)聯(lián)合測量方法由于外景測量時受外界風(fēng)速、光照影響較大，由一臺照相機(jī)完成對浮空器囊體整個表面的影像采集不僅耗費時間多，而且由于環(huán)境變化成像時間不同的同一物體的影像也會產(chǎn)生差異，對每個場景中模型的建立，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)成點云模型。SFM是計算機(jī)視覺中由影像計算物體三維坐標(biāo)的一種算法，其基本原理如圖3所示，它基于物方(空間)點、像點、相機(jī)中心三點共線的成像模型，根據(jù)兩張或兩張以上影像上的同名點，進(jìn)行交會得到空間點三維坐標(biāo)，最終實現(xiàn)三維空間的測量與認(rèn)知。三點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