空间三维测量技术的研究

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测绘技术中的三维建模与可视化技术详解

测绘技术中的三维建模与可视化技术详解在当今科技发展飞速的时代，测绘技术也得到了长足的进步与发展。

三维建模与可视化技术作为测绘技术中的重要组成部分，在各个领域中发挥着重要的作用。

本文将对三维建模与可视化技术进行详细的介绍与探讨。

一、三维建模技术的概述三维建模技术是将三维空间的物体表达出来，使得其可以以数字化形式被处理与呈现。

这一技术主要通过测量与计算的手段，实现对真实世界中物体的精确建模。

三维建模技术广泛应用于土地资源管理、城市规划设计、建筑工程等领域，为专业人士提供了更加直观、准确的空间信息。

二、三维建模技术的应用1.土地资源管理在土地资源管理中，三维建模技术可以精确地表达地形地貌，帮助规划者更加科学地设置用地分区，并提供土地利用方案。

例如，通过三维模型，可以模拟不同建筑高度对周边环境的影响，为城市规划者提供决策依据。

2.城市规划设计三维建模技术为城市规划设计提供了新的思路和工具。

通过激光测量、卫星遥感和无人机影像，可以获取大范围的地理信息数据，通过对这些数据进行建模处理，可以实现城市的精确表达与模拟。

这不仅可以为城市规划师提供直观的空间信息，还可以进行可行性分析和模拟实验，提高城市规划决策的科学性和准确性。

3.建筑工程在建筑工程中，三维建模技术可以帮助建筑师更好地理解设计方案。

通过三维建模技术，建筑师可以将设计方案以可视化的方式展示给业主或相关方，使其更好地理解并提出意见。

此外，三维建模技术还可以进行结构分析，实现对建筑物在不同载荷下的性能评估，为建筑工程提供科学依据。

三、可视化技术的概述可视化技术是指利用计算机图形学、图像处理等方法，将数据以可视化的形式呈现出来，使人们可以直观、清晰地理解数据。

可视化技术主要通过图形、动画、虚拟现实等手段，提供更直观的信息展示与交互方式。

四、可视化技术在测绘中的应用1.地理信息可视化地理信息可视化是将地理信息以图形的方式展示出来，使人们可以更好地理解和分析地理数据。

测绘技术中如何进行三维视觉测量

测绘技术中如何进行三维视觉测量三维视觉测量作为测绘技术中的一个重要分支，用于获取三维空间中目标物体的几何形状、位置和姿态信息，具有广泛的应用领域。

本文将介绍三维视觉测量的原理、方法和应用，并讨论测绘技术中如何进行三维视觉测量。

一、三维视觉测量的原理三维视觉测量基于计算机视觉和图像处理技术，通过对多幅或多个视角的图像进行分析和处理，获取目标物体的三维信息。

其原理主要包括立体视觉几何、图像匹配和三维重建等。

立体视觉几何是三维视觉测量的基础，通过分析目标物体在多个视角下的图像，确定图像之间的对应关系，从而计算出目标物体的三维坐标。

图像匹配是指在多个视角的图像中找到对应的特征点或区域，将其通过几何变换关系进行匹配，得到目标物体在不同视角下的表面点云。

三维重建是基于图像匹配的结果，通过三维坐标的计算和数据处理技术，生成目标物体的三维模型。

二、三维视觉测量的方法三维视觉测量可以采用多种方法，包括立体匹配、结构光投影、激光扫描和摄像测量等。

立体匹配是最常用的三维视觉测量方法之一，通过对多个视角的图像进行匹配，获取目标物体的三维坐标。

该方法需要相机标定、特征提取和匹配算法等步骤，具有较高的测量精度和稳定性。

结构光投影是一种通过投影特殊图案或光栅来测量物体形状和表面细节的方法。

它利用结构光和相机的关系，通过图像处理和三维重建算法，得到目标物体的三维坐标和形状信息。

该方法适用于表面光滑的物体，具有测量速度快、适用范围广的优点。

激光扫描是一种通过激光束扫描物体表面得到三维坐标的方法。

它利用激光器发射激光束，通过对物体反射的激光进行检测和计算，获取物体表面的三维坐标。

激光扫描具有高精度、全自动化和非接触式等特点，适用于复杂形状的物体测量。

摄像测量是利用相机进行三维测量的一种方法，通过对物体的图像进行处理和分析，获取物体的三维坐标和形状信息。

它可以使用单目或多目相机，根据相机标定和图像处理算法，得到目标物体的三维模型。

摄像测量适用于大范围、复杂形状的物体测量，具有成本低、操作简便的优点。

如何进行建筑物内部空间三维重建与测量

如何进行建筑物内部空间三维重建与测量建筑物内部空间三维重建与测量是建筑学领域的一项重要技术，它可以帮助建筑师和设计师更好地理解建筑物的结构、布局和形式。

本文将介绍如何进行建筑物内部空间三维重建与测量的方法和技术，以及其在建筑设计和工程管理中的应用。

一、激光扫描技术激光扫描技术是建筑物内部空间三维重建的主要方法之一。

激光扫描仪通过发射激光束并记录其反射时间，可以生成建筑物内部各个点的坐标。

这些点的坐标可以通过计算机软件进行三维重建，形成建筑物的模型。

在使用激光扫描技术进行建筑物内部空间三维重建时，需要将激光扫描仪放置于建筑物内部的不同位置，以获取全面的数据。

通过扫描仪的高精度测量，可以得到建筑物内部各种不同结构的准确信息，包括墙壁、柱子、天花板和地板等。

二、摄影测量技术摄影测量技术也是进行建筑物内部空间三维重建的常用方法之一。

通过使用相机进行拍摄，然后使用计算机软件进行图像处理和测量，可以得到建筑物内部各个点的坐标信息。

在使用摄影测量技术进行建筑物内部空间三维重建时，需要在建筑物内部的不同位置进行多次拍摄，并记录相机的参数和拍摄位置。

通过图像处理和测量算法，可以将这些照片转化为三维模型。

三、应用与局限性建筑物内部空间三维重建与测量技术在建筑设计和工程管理中具有广泛的应用。

首先，它可以帮助建筑师和设计师更好地理解建筑物的内部结构和布局，从而进行更准确的设计。

其次，它可以帮助工程管理人员进行建筑工地进度和质量的监控和评估。

然而，建筑物内部空间三维重建与测量技术也存在一些局限性。

首先，激光扫描技术和摄影测量技术对设备和软件要求较高，需要专业的技术人员进行操作和处理数据。

其次，建筑物内部空间的复杂性和遮挡物的存在可能会影响数据的获取和重建精度。

四、技术发展与前景展望随着科学技术的不断进步，建筑物内部空间三维重建与测量技术也在不断发展。

激光扫描技术和摄影测量技术的精度和效率不断提高，软件算法也越来越完善。

未来，可能会出现更先进的技术，能够更快速、更准确地进行建筑物内部空间三维重建与测量。

三维测量中空间编码技术的研究

的优缺点和发展趋势。在此研究基础上对空间编码技术作了进一步的总结，出该领域未来的发指展方向将是彩色编码与已有编码的结合。
关键词：三维测量；栅投影；空间编码技术；色编码光彩
中图分类号：ＴＮ２７４文献标志码：Ａ
维普资讯
第２卷第４期７２００６年７月
文章编号：０２２８（０６０ — ３４０１０ —０２２０）４０４ — ６
应用光学
ＪｕｎｌｆＡｐｌｄＯｐｉｓｏｒａｐｉｔｏｅｃ
度和可靠性方面所起的重要作用。阐述了基于三角法结构光投影的测量原理。对空间编码技术在三维测量中的功能进行了研究，绍了编码原理，介总结了编码方案所应满足的条件。列举了当前典型的几种编码方案和一种新的条纹边界编码方案，对它们进行了分析和比较，出了它们各自并指
Ｖｏ．２１７．Ｎｏ．４
Ｊｌ，０６ｕｙ２０
三维测量中空间编码技术的研究
李红岩，达飞鹏，金亚
（南大学自动控制系，京２０９）东南１０６
摘
要：针对三维测量中的关键技术—— 空间编码技术，绍了空间编码技术对测量的精度、介速
ＡｂｔａｔＴｈｅｓａｉｌｅｃｄｉｅｈｎｑｅｉｎｆｔｙｔｃｉｕｅｎ３Ｄａｕｅｎｔｓｒｃ：ｐｔａｎｏｎｇｔｃｉｕｓｏｅｏｈｅｋｅｅｈｎｑｓｉ一ｍｅｓｒｍｅ．Ｔｈｅｓａｉｅｃｄｉｇｐｔａｌｎｏｎｍｅｈｄ，ｔｏｗｈｉｈｐｌｙｎｉｃａｓａｍｐｏｔｎｒｌｎｒｓｌｉｒａｔｏｅｉｅｏｕｔｏｎ，ｓｅａｒｌｂｉｉｙｉｐｅｄｎｄｅｉｌｔｎａｍｅｓｒｍｅ，ｓｎｔｏｃｄ．Ｔｈａｕｒｍｅｔｐｒｎｉｅｏｔｕｔｅｉｈｔｍｅｈｏａｅｎａａｕｅｎｔｉｉｒｄｕｅｅｍｅｓｅｎｉｃｐｌｆｓｒｃｕｒｄｌｇｔｄｂｓｄｏｔｉｎｒａｇｕｌｒａｇｏｉｈｍｓｄｅｃｉｄ．Ｔｈｎｌｅｃｎｄｆｃｉｎｓｏｐｔａｎｏｎｅｈｎｑｒａｌｒｔｉｓｒｂｅｅｉｆｕｎｅａｕｎｔｏｆｓａｉｌｅｃｄｉｇｔｃｉｕｅａｅｓｕｅｔｄｉｄ，ｔｅｐｒｎｉｌｆｅｃｄｉｇｉｎｔｏｕｃｄａｔｏｉｉｎｗｈｃｈｈｉｃｐｅｏｎｏｎｓｉｒｄｅｎｄｈｅｃｎｄｔｏｉｈｓｏｕｌｅｓｉｆｅｙｄｂａｔｓｉｄｂｔｎｏｎｇｃｅｅｕｍｍａｉｅｈｅｅｃｄｉｓｈｍｅａｒｓｒｚｄ．Ｓｅｅａｙｃｌｅｃｄｉｇｍｅｈｄｓｉｖｅｔｇａｅｉｅｅｖｒｌｔｐｉａｎｏｎｔｏｎｓｉｔｄｎｒｃｎｔｙａｓａｎｈｔｉｅｂｏｄａｙｅｏｄｎｏｓｄｂｙｔｓｌｂｏｒｔｙａｅａａｙｅｎｏｅｒｄｔｅｓｒｐｕｎｒｎｃｉｇｐｒｐｏｅｈｉａａｏｒｒｎｌｚｄａｄｃｍｐａｅｒｄ．Ｔｈｅｒｄｖｎｔｇｅｉａａａｓ，ｄｒｗｂｃａｄｅｅｏａａｋｓｎｄｖｌｐｍｅｔｒｎａｅｎｔｏｃｄ．Ｔｈｐｏｓｄｏｌｒｎｔｅｄｒｉｒｄｕｅｅｒｐｏｅｃｏ — ｅｃｉｇｎｏｄｎｍｅｈｓ，ｔｅｒｎｉｕａａｔｇｓｎｃｔｏｄｈｉｕｑｅｄｖｎａｅａｄｏｍｍｏｄｒｗｂａｋｓｒｉｒｄｕｅｎａｃａｅｎｔｏｃｄ．Ｆｉｌｙ，ｎａｌｂｓｄｏｎｔｔａｅｈｅｓｕｄｙ，ｔｅｓａｉｌｅｃｄｉｅｈｎｑｅｉｅｅｄａｔｏｐｃｓｐｏｎｔｄｏ．ｈｐｔａｎｏｎｇｔｃｉｕｓｒｖｉｗｅｎｄｉｓｐｒｓｅｔｉｉｅｕｔ

高精度三维重建技术研究

高精度三维重建技术研究随着计算机技术、传感器技术、图像处理技术的不断发展，三维重建技术已经有了很大的进步和发展。

三维重建技术是将现实世界的三维场景数字化，使之成为电脑模型，在虚拟空间中进行分析、设计和交互。

高精度三维重建技术是实现这一目标的重要手段之一。

一、高精度三维重建技术是什么？高精度三维重建技术是指利用高精度的设备和技术，对目标场景进行三维数据采集、处理和重建，以获取尽可能真实、精确的三维模型。

这种技术可以广泛应用于建筑、城市规划、文化遗产保护、汽车、机器人、医学等领域。

二、高精度三维重建技术的主要技术手段高精度三维重建技术包含三个主要技术手段：三维数据采集、三维数据处理、三维模型重建。

其中，三维数据采集是获取第一手数据，包括光学测量、激光测量、重力测量等技术；三维数据处理是将数据进行清洗、分类、配准、纠正等处理，保证数据质量；而三维模型重建是将处理后的数据进行拼接、填补、光照、纹理等处理，以获得高质量的三维模型。

三、高精度三维重建技术的发展现状高精度三维重建技术已经具有广泛的应用前景和市场潜力，因此各国的研究机构、大学和企业都在进行相关的研究和开发。

目前，全球的三维重建技术正在向数码化、高精度化和自动化方向发展。

在三维数据采集方面，激光雷达、立体摄像头、结构光等设备正逐渐取代传统的测量设备，实现了更高效、更高精度的三维数据采集。

在三维数据处理方面，计算机算法的进步使得数据的自动化处理变得更加容易和高效。

在三维模型重建方面，逐渐采用了深度学习等技术，使得三维模型的质量得到了进一步的提升。

四、高精度三维重建技术的应用高精度三维重建技术在建筑、文化遗产保护、机器人、汽车、医学等领域都有广泛的应用。

在建筑领域，可以利用三维重建技术实现建筑模型的精细化设计、制造和施工管理。

在文化遗产保护领域，可以对文物、古建筑等进行精确的三维数据采集和模型重建，从而做到保存和传承的一体化管理。

在机器人和汽车领域，可以利用三维重建技术进行自动导航和避障。

测绘技术中的立体测量原理和应用

测绘技术中的立体测量原理和应用测绘技术是一门应用科学，涉及到地理空间数据的收集、处理和分析。

其中，立体测量是一项重要的技术，它可以帮助测绘师们获取三维空间中的准确数据，为地理信息系统（GIS）、城市规划、土地评估等领域提供可靠的基础数据。

本文将介绍立体测量的原理和应用。

立体测量是指通过测量物体或地表的三维坐标信息，来获取物体或地表表面的几何形态。

传统的立体测量方法包括影像测量和地面测量。

影像测量是利用航空或卫星获取的影像数据进行测量，通过解算像控点、角点和分辨率等参数，来推导出物体的三维位置。

而地面测量则是通过使用测量仪器，如全站仪或测距仪，直接测量地面上的物体。

在现代测绘技术中，立体测量的方法更加多样化和精确。

激光测距仪是一种常用的立体测量工具，它利用激光束测量物体到仪器的距离，并通过测量仪器的转角来推算物体的三维坐标。

此外，摄影测量和遥感技术也广泛应用于立体测量中。

通过对航空或卫星影像进行解算和处理，可以获得具有高分辨率和精度的三维地表数据。

立体测量在各个领域都有广泛的应用。

在地质勘探中，通过测量地表的立体形态可以推断地下地层的结构，并预测地质灾害的风险。

在建筑设计中，立体测量可以帮助建筑师准确获取建筑物的尺寸和形态，从而进行合理的规划和设计。

在城市规划中，立体测量可以提供城市地貌和地表高程等数据，为城市规划师提供精确的参考。

此外，立体测量还可以应用于土地评估、环境监测、地理信息系统等领域。

然而，立体测量也面临一些挑战和限制。

首先，立体测量需要使用昂贵和复杂的测量设备，使得成本较高。

其次，立体测量需要掌握一定的测量技术和专业知识，对于测绘师的要求较高。

同时，立体测量还受到天气条件的影响，如雨雪、大风等都会影响测量结果的准确性。

为了解决这些问题，立体测量技术不断发展。

近年来，无人机技术的快速发展为立体测量提供了新的解决方案。

通过搭载激光测距仪和相机等设备，无人机可以进行高精度的立体测量，并且具有成本低、操作简单等优势。

LiDAR技术在三维空间测量中有广泛应用

LiDAR技术在三维空间测量中有广泛应用近年来，随着科技的不断进步和发展，LiDAR（激光雷达）技术作为一种高精度、高分辨率的三维测量技术，已经在许多领域中得到了广泛应用。

LiDAR技术通过激光器向目标发射脉冲激光束，并对反射回来的激光进行测量和分析，从而获取目标物体的距离和位置等信息。

本文将探讨LiDAR技术在三维空间测量中的一些具体应用。

首先，LiDAR技术在地质勘探和测绘中起到了重要的作用。

利用激光雷达可以获取地表地物的高程、形状和位置等信息，从而实现对地形的高精度测量。

这对于土地规划、资源调查和地质灾害预警等方面都具有重要意义。

例如，在地质勘探中，LiDAR技术可以绘制出地质构造的精确模型，帮助地质学家们分析地质现象和地质构造的演化过程。

此外，在测绘和制图方面，LiDAR技术能够提供比传统测量方法更高分辨率和更大范围的数据，从而提高了地图的精度和准确性。

其次，LiDAR技术在城市规划和建设中也有广泛应用。

通过对城市建筑物、道路和其他基础设施进行三维测量，可以帮助规划师们更好地设计道路布局、建筑物分布以及城市交通系统。

此外，利用LiDAR技术可以实现对城市环境的监测和评估。

例如，在城市生态建设方面，通过测量城市绿地的面积和植被覆盖率等指标，可以评估城市的生态环境和空气质量，从而指导城市绿化工作的开展。

此外，LiDAR技术在航空和航天领域也有广泛应用。

利用激光雷达可以实现对大范围地区的快速测量，从而帮助制定航线规划、飞行路径等。

在航天探测方面，利用LiDAR技术可以获取行星表面的准确地形图，为航天器的着陆和探测任务提供必要的信息。

此外，LiDAR技术还能够帮助天文学家们观测和研究宇宙空间中的天体，探索太阳系的奥秘。

还有一个重要应用领域是LiDAR技术在自动驾驶车辆中的应用。

激光雷达通过高速扫描周围环境，可以实时获取障碍物的距离和位置信息，从而为自动驾驶车辆提供必要的感知数据。

利用LiDAR技术，车辆可以实现自主的避障、定位和导航等功能，提高驾驶安全性和舒适性。

空间三维测量技术的研究

ＡｂｔａｔＩｒｆｅｓｅｔｅｐｏｃｏａｓｒａｏｉｐｐｒｓｄｅｔｃｎｌｇｆｐｆｓｒｃ：ｔｍｓｒｃｖｒｊｔｎｔｎｆｔｎｔｓａｅｕｙｔｈｏｏｙｏａＭｎｅｏｐｐｉｅｉｒｏｉｈｍｔｈｅｓｉ
３一ＤｏｒｉａｅＮｗｃｍｅａｃｌｒｔｎｔｃｎｑｅｉｐｏｏｅ．ｙｃｎｒｌｎｈａｒｏｔｎ — ｃｏｄｎｔ．ｅａｒａｉａｉｅｈｉｕｓｒｐｓｄＢｏｔｌｇｔｅｃｍｅａｔａｓｂｏｏｉｒ
ｌｔｎｏｅｉｅｔｏｔｅａｒｎｔｎｉｐｒｍｅｅｓｃｎｂｅｓｌｅｉａｌ．ＡｃｏｄｎｏｔｅａｅＭｏｇｎｄｒｃｉｎ，ｈｃｍｅａｉｒｓｃａａｔｒａｏｖｄｌｎｅｒｙｉｃｒｉｇｔｈｋｏｎｒｎｉａａｅｅｓ，ａｅｅｅｔｉｓｃｐａｔｒ．ｈｅｅｉｎ’ ｅｅｓｒｎｃｕｒｔｎｗｎｉｔｓｃｐｍｔｒｗｅｃｎｇｔｔｘｒｎｉａｍｅｅＴｒｓｔｎｃｓａｙａｙａｃａｅｉｒｈｒｓ
空间三维测量技术的研究
蔡伟峰，游步东，晓敏
（昌大学机电工程学院，南江西南昌３０２）３０９
摘要：以透视投影变换为依据，究了空间三维测量技术，出了一种新的标定方法。利用相机做一次平移研提
运动，以线性的确定摄像机的内可参数，然后利用已求得的内参数来求外部参数。本方法不需精确标定靶标，

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空间三维测量技术的研究*张　虎　姚长永　(南京依维柯汽车有限公司车身厂　南京　210028)叶声华　邾继贵　罗　明　(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室　天津　300072)摘要　本文研究了空间三维测量技术,提出了全新的三坐标测量机测量坐标转换方法、建立了经纬仪测量系统、视觉检测系统的数学模型,从而解决了复杂零件、大型工件的现场测量以及生产线的在线快速检测的问题。

本文的方法和数学模型已经成功地在实际工作中应用,获得了令人满意的结果。

关键词　三维测量　坐标转换　视觉检测　经纬仪The Study on Spatial 3-D Coordinate Measurement TechnologyZhang Hu Yao Changy ong (Body p lant of N A V E CO L td .,N anj ing ,210028)Ye Shenghua Zhu Jigui Luo M ing(S tate K ey L ab .of Pr ecision M easur ing T echnology &I nstruments ,T ianj in U niv er sity ,T ianj in 300072)Abstract This paper studied the techno logy of spatial 3-D coor dinate.T he new 3-D coo rdinate changing metho d is proposed,and tw o m easur em ent sy stem mathem atical models of theodolites and visual inspectio n are established .T his paper solved the pro blems of complex section and w orksho p's lager section and on -line in-spectio n.T he m ethods and theor ies have been successfully applied.Key words 3-D m easur em ent Coor dinate changing Visual inspection Theodolites*本文系国家“863”计划项目,2000年度获江苏省科技进步二等奖。

1　引言三维尺寸测量技术是现代制造业的关键基础技术之一,尤其是汽车制造行业,从冲压模具到焊装夹具直至最终产品的检测,都离不开三维尺寸测量技术,目前三维尺寸的检测手段有三种:三坐标测量机测量、经纬仪测量、视觉检测。

这三种检测手段各有优缺点,可取长补短,可实现以往无法实现的检测要求,大大提高现代产品的制造精度。

2　三坐标的空间坐标转换测量技术三坐标测量机目前已在各行各业得到了广泛的应用,其原理众所周知,在此不再详诉。

三坐标测量机的测量软件对一些形状复杂、没有特定的测量基准的工件,就无法用测量软件中的建立工件坐标系的方法进行测量,只能用机械找正的方法进行测量,这种方法费时费力且测量精度(特别是重复精度)无法保证。

笔者建立了一个全新的坐标转换模型:三点坐标转换法,从而解决了形状复杂、没有特定的测量基准的工件的测量问题。

无论零件形状再复杂,都可以找到三个基准点,如定位孔、安装孔等,三点坐标转换法就是用这三个基准点,建立工件坐标系。

三坐标测量机有一个固有的由导轨系统决定的机器坐标系O m -X m Y m Z m ,任何三坐标测量都是在三坐标测量机的机器坐标系下进行的,所谓建立工件坐标系O w -X w Y w Z w ,只不过是找到坐标转换关系,再通过这一转换关系将机器坐标系下的测量坐标值换算为工件坐标系下的坐标值。

根据空间解析几何知识,有:第22卷第4期增刊仪　器　仪　表　学　报 2001年8月X wY w Z w =R w m・X mY mZ m+T w m其中:R w m= 1 2 34 5 67 8 9　T w m=t xt yt zR w m为旋转矩阵,T w m为平移矢量。

因此只要求得R w m和T w m即可实现两个坐标系的转换。

设三个基准点为P1、P2、P3,用这三个点建立一个中间坐标系O T-X T Y T Z T:以P2P1为X轴,用P2P1×P2P3为Y轴,Z轴则按右手法则将X轴叉乘Y轴得到,P2点为原点。

用三个基准点的理论坐标根据上述中间坐标系的建立方法可得到中间坐标系到工件坐标系下的旋转矩阵R w T和平移矩阵T w T,同样用三个基准点的机器坐标可得到中间坐标系到工件坐标系下的旋转矩阵R m T和平移矩阵T m T,由上式可得X wY w Z w =R w T・X TY TZ T+T w TX mY m Z m =R m T・X TY TZ T+T m T解这个矩阵方程组可得: X wY w Z w =R w T・(R m T)-1・X mY mZ m-R w T・(R m T)-1・T m T+T w T 旋转矩阵R w m 平移矢量T w m至此,机器坐标系到工件坐标系的坐标转换关系R w m和T w m得到,三点坐标转换得以实现。

3　经纬仪三维测量系统的测量模型经纬仪测量系统的坐标测量采用的是空间前方交会原理,经纬仪瞄准目标点时,其测量数据为目标的水平角和垂直角。

当两台经纬仪同时瞄准空间一固定目标点P时,若两台经纬仪之间的水平距离b和高差h,则根据空间三角关系即可求出P点相对经纬仪测量系统坐标系的三维坐标值,传统的数学模型就是以此基础而建立的,用这种模型因难以确保距离b的精度及两台经纬仪的互瞄精度而无法得到高的精度。

而且系统坐标系的建立是通过人为调整,即调水平、对中来实现的,因此受经纬仪自身精度和人为因素影响较大。

用上述传统方法建模,必然得不到满意的测量精度。

为此提出了以透视投影变换为理论基础建立的全新数学模型,克服了上述的缺陷,并使这种空间坐标测量系统的建立更为随意、灵活且测量精度高,从而增强了经纬仪测量系统的应用价值。

经纬仪的光学系统可认为是理想的透视投影模型,如图1所示。

图1o-xy z是固定在经纬仪上的直角坐标系,其中以经纬仪中心为原点o,xoy平面与水平度盘基面平行, x轴方向由用户定义,y轴为通过原点的竖轴(水平度盘与竖轴为相互垂直的关系),方向向下,z轴则要符合右手法则。

假设在z=f处有一成像平面,并在平面上建立一二维直角坐标系,其中原点O为经纬仪坐标系的轴与成像平面的交点,X轴,Y轴方向分别与经纬仪坐标系的x,y轴一致。

设f=1,则经纬仪坐标系与成像平面坐标系之间有如下的关系:X=xz,Y=yz用齐次坐标表示:!XY1=1　0　00　1　00　0　1xyz,!≠0由于经纬仪瞄准目标时起测量数据是目标的水平角和垂直角,可将角度值转为成像平面的坐标值: X=ctgY=tgsin至此,经纬仪透视投影模型建立起来了。

这样可组建一空间三维测量系统,结合上述三点坐标转换方法,该测量系统可在工件坐标系下进行测量,成为移动三坐标测量系统,其移动方便、测量范围大、成本低(仅为一台普通三坐标费用的1/10),可实现现场三坐标测量,其应用前景极为广阔。

4　视觉检测测量系统的测量模型视觉检测系统是能获取一幅或多幅目标图像,对所获图像进行处理、分析和测量,测量速度非常快,可实现在线测量,它采用图像传感器(CCD器件等)实现42仪　器　仪　表　学　报第22卷　对被测物体三维非接触测量。

摄像机的透视变换模型如图2。

图2 图中O c 点为成像透视点,z c 轴与镜头的光轴一致,像平面对应于像敏阵列(CCD 阵列)。

在像平面上定义一图像坐标系XO u Y ,其原点O u 为像平面与光轴的交点,来自物体点P 的光线一定通过透视中心O c 点,而在像平面上形成像点P u ,显然O c 点、P u 点、P 点在一条直线上。

为了建立摄像机的透视变换数学模型,我们进行如下处理:设摄像机透视点为O c 点,过O c 点做O c z c 轴垂直于像平面且交像平面于O u 点,在像平面上以O u 点为原点建立像平面直角体系XO u Y,同时以O c 点为原点建立摄像机坐标系O c x c y c z c (右手直角坐标系),保证O c x c 轴O u X 轴且方向一致,Oy c 轴O u Y 轴且方向一致,并设O c O u =f,为成像系统的有效焦距。

由上述模型通过解析方法求解可得空间点P(x c ,y c ,z c )到像平面的透视变换关系,采用齐次坐标系可把非线形变换转化为线形表示。

像平面齐次坐标表示为!(X u ,Y u ,1),且!≠0,这样物点到像点的映射关系可用如下关系表示:!X u Y u 1=f 0　0　00　f 0　00　0　1　0x c y c z c5　结论和意义三坐标测量机具有技术成熟、操作简便、直观,属接触性测量,缺点是无法移动,不能对现场的无法拆运的工件进行测量,且测量范围受三坐标测量机的限制;经纬仪测量系统具有大量程、便携、可移动的特点,属非接触性测量,适用于现场测量及大型工件的测量,缺点是操作较复杂,测量速度慢;视觉检测具有非接触、速度快、自动化程度高的特点,适用于生产线上的在线检测,缺点是被测点相对固定,前期调试工作量较大。

这三种测量手段如取长补短,可实现各种测量需要,满足现代化产品检测的需求。

参考文献1　程存学,等.计算机视觉——低层处理技术.北京:电子工业出版社,1993.(上接第38页)表1　闸门时间为20mS 时第1至第6路信号连续三次的采集结果输入信号频率测量结果第1路第2路第3路第4路第5路第6路250kHz第一次1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 第二次1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 第三次1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 1388H 500kHz第一次2710H 2710H 2710H 2710H 2710H 2710H 第二次270FH 270FH 270FH 270FH 270FH 270FH 第三次2711H2711H2711H2711H2711H2711H 由表1可看出:第一,对每次采样来说,各路信号的采样值均相等,即采样是同时的(满足了1.2中提出的设计目标1和设计目标2)。

第二,无论是250kHz 还是500kHz 的输入信号,各路信号连续三次的采样值之和均相等且准确。

即在对脉冲信号进行采集的每一个闸门时间内获取计数值时可能产生的“±误差”,不会对连续的采集过程产生影响(满足了1.2中提出的设计目标3)。