单目多角度空间点三维坐标测量方法研究

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1、单目多角度空间点三维坐标测量方法研究Researchonthemulti-anglemonocularcoordinatesmeasuringmethodforspatialpoints学科专业：仪器科学与技术研究生：张伊慧指导教师：孙长库教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

2、与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要在头盔瞄准显示测量系统中，单目视觉姿态

3、测量方法有着较为广泛的应用。为了提高单目视觉头盔位姿测量精度，需要准确获得头盔表面各个特征点的坐标信息。本课题为了保持与单目视觉姿态测量过程的一致性，针对姿态测量过程中存在的特征点中心提取不准和坐标测量精度低的问题，提出一种更贴合单目视觉姿态测量的基于二维旋转平台的单摄像机全方位坐标测量系统。将本文具体阐述了单目多角度坐标测量方法的原理和模型建立过程，并完成了单目多角度测量系统的系统标定方法。通过大量的仿真实验和重复性实验，验证了该测量方法的正确性。主要工作如下：(1)提出了单目多角度坐标测量方法。阐述了单目多角度

4、测量方法的原理，建立了单目多角度测量模型，完成了单目多角度测量系统的标定。将特征点随着二维旋转平台围绕俯仰轴或方位轴的转动模拟其随飞行员头部的转动，摄像机从不同角度拍摄特征点的图像，利用物体间的相对运动，单目视觉系统可以镜像成虚拟多目视觉测量系统，求出各虚拟摄像机坐标系的透视投影直线的交点便能完成特征点坐标的测量。(2)搭建了单目多角度测量系统。硬件方面，制作了一种使用红外LED作为标识特征点的三维立体标定靶标，并提出一种精度较高的二维旋转平台标定方法，该方法避免了平面靶标标定角度小和立体靶标机械精度低带来的标定误

5、差。软件方面，阐述了单目多角度坐标测量方法的软件设计思路，对软件总体结构，转台控制、LED坐标测量模块、LED点亮模块和数据处理模块进行了功能分析。(3)完成了二维旋转平台的标定实验，并对单目多角度测量原理和转台标定结果进行了分析和原理验证；针对不同测量角度，完成了LED点重复性测量实验，得到系统重复性精度和几何约束精度达到0.019mm，验证了实验系统的稳定性和正确性。关键词：坐标测量；非正交轴系；单目多角度方法；转轴标定；ABSTRACTMonocularposemeasurementtechnichasagr

6、eatvalueinhelmet-mounteddisplayandsightsystem.Toimprovetheaccuracyofmonocularposemeasurementforhelmet,theprecise3Dcoordinatesofspatialpointsonthesurfaceofhelmetareneeded.Imitatingtheprocessingofmonocularposemeasurementandaimingathigheraccuracyinfeaturepointsex

7、tractionandcoordinatesmeasurement,anall-aroundcoordinatesmeasuringsystemwithsinglecameraandatwo-dimensionalturntableisproposed.Asfeaturepointsrotatingwithatwo-dimensionalturntable,theCCDcameraisabletotakepicturesoffeaturepointsfromdifferentviews.Bytheprinciple

8、ofrelativemotion,thesingle-CCDsensormodelwasimagedasavisualmulti-CCDsensormodel.Therefore,togettheintersectionoftheperspectiveprojectionlinesistoobtainthespacecoordinates.Inthepape