利用三维激光扫描技术检测工业构件螺栓孔的空间位置

面向工业检测领域提出了一种工业构件螺栓孔的空间位置检测方法,解决了大型工业钢结构特征位置的检测问题。通过三维激光扫描获得构件的完整点云,提取螺栓孔的点云,利用非线性的最小二乘方法拟合螺栓孔的中心,获得螺栓孔中心在点云坐标系中的坐标。同时,根据设计尺寸建立构件的标准模型作为检测的基准,将模型特征转换成一组点表示,拟合对应的螺栓孔中心,获得螺栓孔中心在模型坐标系中的坐标。利用两个坐标系中若干个公共点计算平移矩阵和旋转矩阵,最后将点云坐标系中的坐标转换到模型坐标系中,计算出标准模型与构件对应点之间的误差,从而实现对工业构件螺栓孔的空间位置精度检测。     

激光扫描多三维视图的全自动无缝镶嵌

探讨了不同坐标系下的三维点云统一到某一固定坐标系下形成完整目标的问题，提出了一种全自动获取三维视图配准初值的方法。对多三维视图，应用基于闭合条件的整体平差模型，获得最小二乘意义下的最优变换参数，实现了对多三笋视图的全自动无缝镶嵌。利用激光扫描仪的实际扫描数据进行了试验，得到了预期的结果，并验证了本文方法的可行性和有效性。     

多视点云数据同步配准新方法

针对三维激光多视扫描点云数据的配准问题,提出了一种基于空间相似变换原理的同步配准新方法.首先借助罗德里格矩阵求取各测站与基准坐标系下的转换参数;然后根据各测站之间的联系,对变换的初始参数进行联合平差,利用同步配准模型求得改正后的变换参数,实现多视点云同步配准;最后使用Realworks Survey软件中基于目标的配准工具进行处理,利用配准结果实现对该算法的验证.通过分析同步配准误差来源及对比二者的精度,证明三维激光扫描多视点云数据同步配准方案具有可行性和实用性.     

点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准模型求解方法

点云数据的高精度配准是保证空间物体表面三维数据完整性的关键,针对相邻测站点云数据存在位置、姿态和尺度差异的问题,提出一种在点面特征约束下利用对偶四元素描述的点云配准模型求解方法。首先,利用对偶四元素表示空间相似变换的旋转矩阵和平移向量,在此基础上顾及尺度因子,依据点在平面内和点在平面外分别所构建的向量与平面的法向量之间存在垂直和平行的空间拓扑关系,并以此作为空间相似变换的约束条件,基于最小二乘准则构建平差模型;然后,引入Levenberg-Marquardt法解算平差模型,以避免平差处理中可能由初始值的不恰当性,或由雅克比矩阵所构建的实对称矩阵接近奇异时而导致迭代不收敛;最后,通过两组实验与现有方法进行对比分析,实验结果表明,所提方法能有效实现点云配准。因此,点面特征约束下顾及尺度因子且利用对偶四元素实现空间相似变换的方法具有较强的实用价值。     

坐标参数化的平面基准转换方法

工程测量中经常需要实现不同坐标系下成果的相互转换,而高精度的转换参数是完成这一工作的基础。获取基准转换参数的实质就是利用公共点在两套坐标系下的坐标,根据相似变换原理建立误差方程求解。传统的最小二乘(LS)相似变换法只考虑了公共点在一套坐标系下的误差,与实际情况不符。基于此,探讨了坐标参数化的平面基准转换方法,解决了考虑公共点在两套坐标系下坐标都含有误差时高斯-马尔科夫(Gauss-Markov,G-M)模型不成立的问题,以相似变换原理为基础,采取通用的最小二乘方法解算基准转换参数。     

最佳三维拟合直线

通过借助旋转矩阵的三维坐标变换，很容易将空间观测到的一序列点直线串起来，通过两次序列变换可给出中线的位置和方向，以及作为该线垂直支距的残差，然后通过逆变换产生直线在原坐标系中的坐标。本文包括一数字例子。     

点云中角点的自动提取算法研究

针对三维激光扫描数据处理过程中的数据拼接、纹理映射、目标识别等问题,提出一种新的三维激光扫描距离图像的角点提取算法,旨在为相邻测站问数据拼接提供粗配准的对应点.文中通过把三维激光扫描仪获得的单站距离图像转化为二维深度图像,利用已有的SUSAN算子提取出深度图像的角点,反算深度图像的角点到距离图像坐标系下实现角点的提取.利用2站间4个公共角点作为粗配准进行2站数据的ICP配准,利用配准的准确度验证该角点提取算法的有效性.     

基于豪斯霍尔德变换的三维空间柱面拟合

针对点云三维建模中一般空间任意姿态的柱面拟合问题,提出通过豪斯霍尔德变换直接求得测量坐标系和柱面坐标系的旋转矩阵.详细介绍了先由点云法向量计算得到轴向向量,通过豪斯霍尔德变换再进行投影,达到降维处理,再拟合平面多项式曲线,最后扩展到三维空间以达到拟合一般曲面的目的.通过实例计算与分析论证该方法拟合的曲面精度可靠且有效可...     

相似变换在大比例尺地形图的投影换带中的应用

在大比例尺地形图的使用过程中，会遇地形图的坐标系变换，需要把中央子午线为L1的坐标系的地形图转换成中央子午线为L2的坐标系的地形图，称之为地形图投影变换。目前许多地形图是以电子地图形式存在的，是通过AUTOCAD软件形成的。基于此，本文提出了适用于AutoCAD中地形图投影换带的方法：相似变换法。即在满足精度要求的情况下，利用相似变换原理，对AutoCAD中的地形图进行平移，旋转，缩放变换，最终将其变换到需要的坐标系内。     

海南大地控制网一致性研究

首先对海南已有的四套不同时期坐标成果进行公共点求取,再由公共点进行方案设计,然后以相似变换、仿射变换、双线性变换和二维七参数变换为转换模型对方案进行转换模型求解,通过计算分析仿射变换的转换效果比使用相似变换和双线性变换效果要好。最后利用Surfer软件和AutoCAD软件对转换后坐标与原始坐标差值生成差值等值图,研究各套坐标成果之间的差值关系。通过研究对旧坐标系下坐标成果的利用提出建议,并编写系统性软件,为2000国家大地坐标系在海南的推广使用打下基础。     

低空影像SfM三维重建的耦合单-多旋转平均迭代优化法

针对现有SfM算法初始模型构建、关联影像递增不尽合理导致误差累积等问题,提出一种耦合单-多旋转平均迭代优化的低空影像SfM三维重建方法。首先,基于影像相对定向关系建立初始影像关联无向图,以多因素为依据构建最优增量决策函数锁定强关联影像。其次,利用顾及粗差的单旋转平均递增式添加强关联影像以扩充局部参考系下影像关联有向图,并采用四元数支持下无须物方点参与平差的多旋转平均迭代优化计算全局一致性旋转与平移矩阵最优解。最后,利用光束法区域网平差统一优化整个网络,得到精确的旋转与平移矩阵及物方点。试验结果表明,与现有低空影像旋转平均方法相比,本文方法能解算出更为精确的外方位元素和恢复出更为密集的三维物方点云,且相对于增量式SfM算法效率提升显著。     

大重叠度无人机遥感影像的三维建模方法研究

探讨了无人机遥感系统获取的遥感影像的三维建模方法 ,应用相对定向直接进行无人机遥感影像相对定向 ,并通过实验分析了相邻影像间重叠度对相对定向精度的影响。基于高重叠度的无人机遥感影像 ,为提高同名点识别的精度 ,提出了多幅影像核线约束方法。实验证明本文是利用无人机遥感影像特点实现三维建模的有意义的尝试     

基于SIFT的宽基线立体影像密集匹配

提出基于对极几何和单应映射双重约束及SIFT特征的宽基线立体影像多阶段准密集匹配算法。算法包括三个阶段：①基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集并进行最小二乘初始稀疏匹配及立体像对的基本矩阵和单应矩阵估计;②对于其余特征,利用同名核线倾斜角及SIFT特征的尺度信息对匹配窗口的仿射变换参数进行迭代优化及变形改正、提取仿射不变SIFT特征描述符,并基于双重约束信息及欧氏距离测度进行匹配;③考虑宽基线立体影像较低的特征提取重复率,对第②步左右影像中未能成功匹配的特征点,基于双向搜索策略,采用基于盒滤波加速计算的SSD测度在变形改正后的双重约束区域中进行匹配,并对匹配结果进行加权最小二乘拟合定位。实际的宽基线立体影像试验结果证明了算法的有效性,可为后续的三维重建提供较为可靠的密集或准密集匹配点。     

基于RPC的TerraSAR-X影像立体定向平差模型

针对新型高分辨率雷达卫星TerraSAR-X立体像对,本文提出采用基于RPC的平差模型,通过少量的地面控制点来拟合因传感器不稳定、平台星历数据不精确及测距误差引起的影像几何畸变,从而达到精确定向目的.为验证RPC平差模型的适用性,通过在立体成像区域均匀市设人工角反射器点的方法验证其模型精度,并评估了其三维定向平差后的精...     

An Approach to Single Image Automatic Orientation and Point Determination by Using Ortho-Images and a Dtm

This paper describes an approach to single image automatic orientation and point determination by using current ortho-images and a DTM, and the experience gained in its implementation. The procedure proposed automatically extracts and matches feature points in evenly distributed patches on aerial images and ortho-images. A large number of image measurements (up to several thousand) are obtained in this process and are included in a robust space resection to determine the orientation parameters of the aerial image. For point determination with a single image, a method is formalised which integrates the DTM interpolation into the space resection so that the 3D ground coordinates of the image points can be determined in a unified mathematical model. Tests and analyses of this method show that the large number of automatic image measurements relieves the requirement for complicated and precise feature extraction and matching methods. The ground points obtained from single image intersection have an accuracy of approximately 1 pixel in planimetry, which fulfils the requirement for ortho-image updating. The elevation accuracy is mainly dependent on the quality of the current DTM and the interpolation method applied to it.     

一种基于无人机序列图像的地形地貌三维快速重建方法

提出了一种基于无人机序列图像的地形地貌三维重建方法,该方法采用Harris特征点和SIFT特征向量来提取图像特征,实现图像配准;采用准透视投影模型和因子化方法对未标定的图像序列进行自动标定;通过高效次优解三角化方法获取三维点云坐标;通过准稠密化扩散算法对三维点云进行稠密化;采用捆绑调整算法提高了空间三维点云的精度;采用Possion表面重建方法对三维点云进行了网格化处理.本文为无人机序列图像的应用提供了一个新的思路,拓展了无人机的应用空间.     

三维点集的自动表面重构算法

提出了一种基于透视约束利用离散三维空间点重建三维表面模型的方法，该方法充分利用摄影测量以及激光扫描等三维测量技术中隐含的透视关系．将离散点划分到不同的投影面，在局部利用二维三角网构网技术构建三角网．然后在考虑局部三角网边缘一致性的基础上组合成整体三维表面模型。该方法可以利用近景摄影测量处理产生的三维景物点或激光扫描仪采集的三维空间点自动构造三维表面模型．重建物体三维表面。实验结果表明．该算法是有效的。     

大重叠度影像的相对定向与前方交会精度分析

针对数码相机所拍摄的序列图像具有重叠度高、同名特征的冗余观测值多等特点．分析了大重叠度序列影像在相对定向和前方交会时的精度优势。影像重叠度越大，相对定向的精度越好；而且重叠数目越大．交会角越大，平面和高程(或深度)方向的交会精度和可靠性也越高．实用中可采用80％重叠度的序列影像进行三维重建等。     

3维激光扫描仪的全站化实现方法

3维激光扫描仪扫描得到的是目标点的相对坐标,无法直接满足需要大地坐标的工程应用的要求,且不同扫描站间点云数据的拼接非常麻烦。对这些问题,让3维激光扫描仪如全站仪一样能够直接获得大地坐标是一种理想的解决办法。分析了3维激光扫描仪的工作原理,介绍了扫描仪的极坐标系和直角坐标系并推导了其转换关系;在扫描仪中引入旋转平台和平台坐标系,推导了平台坐标系与扫描坐标系及大地坐标系之间的转换模型。在此基础上将扫描坐标转化为大地坐标,实现3维激光扫描仪的全站化。     

无人机航摄影像的RANSAC自动定向方法研究

针对无人机在区域范围拍摄的低空遥感影像数量多,且相邻影像间存在旋转、尺度变化大等导致的立体定向困难问题,本文提出一种适用于无人机影像自动相对定向及模型连接的流程。即利用SURF算法对区域无人机影像进行特征提取后,连续相对定向及模型连接过程使用结合相对定向模型的RANSAC算法去除错匹配点,并针对RANSAC算法选取样本匹配点对容易陷入局部最优问题进行改进,提高了结果精度。