[发明专利]一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置

说明书

技术领域

本发明属于立体视觉摄影测量领域，涉及多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法，特别涉及基于不同空间分辨率而布置组合相机的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法。

背景技术

物体空间三维坐标测量能够应用在多个领域。物体三维坐标测量可以使用三坐标仪、激光测量以及立体视觉测量等途径实现。其中三坐标仪与激光测量比传统摄影测量的测量精度高。与摄影测量相比，三坐标仪与激光测量一般不能对多个点进行同时测量，顺序测量的效率很低，更重要的是，不能对动态系统进行测量。

现有的立体视觉测量方法在测量场布置多台相机(摄像机)，相机与被测物体之间的相对角度不同(各个相机的光轴方向不同)，被测物体在不同相机图像投影形成相差。立体视觉算法可以利用相差计算被测物体的空间三维坐标。传统的立体视觉测量仪器大多受制于其装备的摄影测量工作台，不能对大型目标进行测量。

现有摄影测量系统的测量精度取决于摄影仪器的分辨率、仪器与被测物体之间的空间相对位置。在需要进行多站交会测量的摄影测量系统中，测量基站的分布也对测量精度有很大影响。为了提高测量精度，可以通过提高摄影仪器的图像分辨率来实现。然而，图像分辨率的提高受到诸多方面因素的限制。首先，提高图像分辨率需要更高分辨率的图像传感器。其次，高图像分辨率还受到光学系统的限制。更重要的是，高图像分辨率将导致摄影测量系统需要处理的数据量激增。在动态测量中，海量数据的处理需要专门的硬件系统，仪器成本显著增加，经济性不好。

另一方面，传统的摄影测量装置和方法难以同时实现大视场角和高精度测量。通过减小相机镜头的焦距，能够增加相机的视场角。与此同时，相机的空间分辨率下降，导致测量精度降低。反之，增大相机镜头的焦距可以提高空间分辨率，但相机的视场角将会减小。使用高分辨率的相机还存在海量数据难以传输、存储和计算处理等问题。这是制约大型构件和设备的动态视觉测量的主要技术难点。在对大型测量场进行监测的过程中，尽管指示测量点的测量靶标仅仅是图像的一小部分，但是传统测量系统仍需要对所有的图像投影进行采样，这样将产生大量冗余数据，导致计算机处理数据量大、工作效率低下等问题。使用大视场角立体视觉相机计算获得的三维坐标为高精度测量极大地缩小了图像投影采样范围，降低了系统的数据量。

发明内容

针对实际应用对高精度大视场角测量的需求，本发明致力于解决摄影测量中大视场角与空间分辨率之间的矛盾，并能够提供大视场角、高分辨率、高测量精度的能力。本发明能够减小高精度摄影测量系统需要处理的数据量，降低高精度摄影测量系统面临的数据采集、传输和处理的压力。根据本发明的实施例的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置包括各自具有不同焦距的镜头的多个相机，能够对大型测量场内的多个被测点进行同时测量，适用于大型工件生产、大型产品装配以及大型产品试验测试等。在基本原理保持不变的同时改变大视场角相机和小视场角高分辨率的镜头参数，也可实现近距离超高精度测量。

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法。

本发明的主要目的是在大视场范围内进行高精度测量。装置主要由大视场角立体视觉系统以及小视场角摄像机组成。立体视觉系统能够通过计算得到低精度的被测靶标的三维坐标。根据被测靶标的三维坐标，计算其在某个或者某几个小视场角摄像机中的图像投影。在多个小视场角摄像机的靶标图像投影中计算获得靶标在高分辨率图像中的二维图像坐标和靶标描述。随后，利用靶标匹配结果进行立体视觉计算，获得高精度的靶标空间三维坐标。在测量过程中，对不同的小视场角摄像机可以根据测量场内的光照情况和靶标深度信息进行不同的曝光设置，获得高动态的二维图像。