大尺寸动态摄影测量关键技术研究

发布时间：2020-04-09 03:50

【摘要】：伴随着科学和工业技术的发展,人们对于大型和超大型装备的需求日益增加,大尺寸的动态测量技术对于保证此类装备的质量具有重要意义。摄影测量具有非接触、高精度和多点同时测量的优点,已经成为一种重要的几何量测量手段。然而,摄影测量在大尺寸的动态测量任务中面临很多新的技术问题和难点,导致其测量精度低、测量过程和数据分析过程复杂,阻碍了它在测量工程中的应用。本课题针对大尺寸动态摄影测量的关键问题和难点,研究了畸变模型和标定方法、现场标定和评价以及变形量数据分析方法,进行了大量实验验证和工程应用研究。论文的主要研究内容如下:(1)针对定主距相机在大尺寸场景中的畸变参数受物点距离影响的问题,从建立对焦和离焦状态下畸变参数之间的关系出发,结合放大率相关的畸变量模型,提出了同物点距离相关的径向和偏心畸变模型和计算方法。提出了基于共面直线阵列的畸变参数标定方法,研究了标定场设计、相机姿态测量与调节、图像处理算法以及基于直线特征的畸变参数分块平差模型,实现了高精度、快速和自动化的相机标定。大量实验表明,对于定主距相机,物距变化会带来明显的畸变参数改变,本课题的畸变参数计算模型能够极大减小物距变化带来的影响。在7.5m(长度)×3.5m(宽度)×2.5m(深度)的测量空间内,相比于常参数畸变量模型,本方法将空间测量精密度提高了40%;(2)针对大尺寸动态摄影测量系统标定复杂度高、精度低的问题,提出了基于移动基准长度棒的多相机系统全参数同时标定和定向的方法,研究了多相机系统的相对外方位模型、基于空间长度阵列的相对外参数估计方法以及受空间点-点距离约束的多相机系统自标定光束平差模型和分块运算算法。针对标定精度评价问题,提出了基于误差传递模型的内部精度评价与基于空间长度重建误差的外部精度评价方法。课题通过仿真和实测实验论证了方法的正确性,证明方法在大尺寸空间能够获得1/18000(k=3 的相对测量精密度,同时相比于传统的三维点阵列自标定方法,能够极大提高空间测量的精密度;(3)针对运动物体的变形测量问题,提出了一种已知设计模型物体的变形量分析方法。通过刚性变换的残余误差对运动物体的变形量进行数学建模,建立了变形量、测点坐标和刚性变换参数之间的数学关系,研究了在变形量平方和最小目标下最优变换参数的数值求解方法,实现了测量数据与被测物模型的最佳贴合,从而获得被测物偏离设计模型的变形量。本方法被应用于大型槽式太阳能聚热器支架的几何结构调节,获得了高精度的位置和角度误差信息,相比于静态摄影测调方法,极大提高了调节效率和聚热器几何结构精度。方法也被应用于2.4m口径雷达天线变形的动态测量,在无参考坐标系的情况下,测量了不同仰角和扫描速度下雷达天线表面的高精度变形量。
【图文】：

逦第一章绪论逦逡逑行测量：Ｐａｐｐａ最早在ＮＡＳＡ开展针对航天飞行器薄膜充气天线及太阳帆等充气逡逑结构的摄影测量研宄［３６，，邋３７］；文献［３８，３９］利用静态摄影测量技术研宄欧洲航天局普逡逑朗克天文望远镜在极端温度条件下（９５ｋ）的热弹性变形；文献使用静态摄影测逡逑量技术对卫星天线反射器在热真空高低温测试中的变形量进行测量。国内静态摄逡逑影测量的研究应用主要集中在对各种天线面形的测量，文献［４１］介绍了邋１３．７ｍ邋口逡逑径毫米波天线面板的静态摄影测量，并利用反馈数据指导面板调节的研究；文献逡逑［４２］使用静态摄影测量数据指导１５．０ｍ邋口径抛物面天线的安装和姿态调节；文献［４３］逡逑介绍了邋３．０ｍｘｌ．２ｍ舰载雷达天线反射面的静态摄影测量研宄；文献ｔ４４］介绍了逡逑４．０ｍ抛物面天线在高低温环境中的静态变形测量研[偂ｅ义

本文编号：2620254