Page 143 - 现代测绘技术在水利工程中的应用
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The Application of Modern Surveying and Mapping Technology in Water Conservancy Engineering
现代测绘技术在水利工程中的应用
三、基于近景工业摄影的三维视觉测量控制
近景工业摄影测量基于数字图像处理技术和摄影测量技术，将被测物体表面的结
构特征转换为高精度的离散三维坐标。其基本工作过程如下：在被测物体表面及周围
放置标志点，然后从不同角度和位置拍摄，得到多幅图像。经过数字图像处理、标志
点的中心定位，得到标志点几何中心的准确像素坐标。利用这些结果，再经过相对定向、
三维重建和光束法平差，最后引入比例棒的比例因子，即可计算出所有标志点精确的
三维坐标。
（一）标志点中心坐标的精确定位
圆形标志点经透镜成像后为椭圆，如果椭圆在像平面占有几个或是十几个像素时，
可以近似认为椭圆中心即为标志点中心的像素位置。为实现对椭圆中心的亚像素级精
确定位，首先利用 Canny 边缘检测算子确定椭圆的像素级边缘点，再采用基于灰度加
权的质心法，确定标志点的精确中心位置。质心法是对图像中的圆、椭圆和矩形等中
心对称目标进行高精度定位的常用算法。所谓灰度加权质心法，即以像素的灰度值为
权，计算标志图像内所有像素坐标的加权平均值。
（二）基于本质矩阵分解的相对定向
相对定向是在立体像对所在的局部坐标系中，确定一张像片相对于另一张像片的
旋转矩阵 R 和平移矢量 t。传统的解析摄影测量将代表旋转矩阵的三个旋转角初值设
定为零，平移矢量中的首个参数设定为 1，后两个参数用小角度表达，这在近似垂直
摄影的条件下，通过方程迭代最终可收敛于正确解。但在近景工业摄影中，多数情况
是利用“手持”相机的多基线、大倾角摄影，传统方法会出现不收敛的情况。针对大
型复杂工件的三维接触测量中效率及自动化程度低，且易受测量仪器的行程制约等问
题，提出了基于近景工业摄影的三维视觉非接触测量方法。该方法在精确提取标志点
中心像素坐标的基础上，利用基于本质矩阵分解的相对定向技术可以稳定获得像片的
外方位元素，最后借助光束法平差算法精确计算出每个标志点的三维空间坐标。基于
大尺寸棋盘格的精度测试试验表明，该方法的三维重建精度较高，鲁棒性好。针对小
型卫星天线的工程测量试验则进一步验证了该方法在实践中的可行性。同时，基于近
景工业摄影的三维视觉测量主要借助计算机技术实现图像等相关数据的处理，易于实
现自动化，并可根据被测对象的表面形貌灵活布置标志点，测量范围从几米到几十米
甚至更大，几乎不受测量对象几何尺寸的影响。
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