视觉测量技术在大型天线模胎检测中的应用

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1、视觉测量技术在大型天线模胎检测中的应用黄桂平，范生宏，贺磊，李广云（解放军信息工程大学测绘学院，河南郑州450052）摘要：本文将基于数码相机的视觉测量系统应用于大型天线的模胎检测中：采用回光材料制作人工标志，利用经纬仪系统测量少数控制点，经光束法平差解算点的坐标，与经纬仪系统的测量结果相比较，点位的测量精度要优于0.25mm，面型的计算精度则达到了0.1mm。关键词：视觉测量；数码相机；经纬仪；工业测量系统；天线模胎一、引言视觉测量（检测）技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术，其研究的[1

2、，2]重点是物体的几何尺寸及物体在空间的位置、姿态等的测量技术。测绘学中的数字近景摄影测量与视觉测量有着共同的理论基础和应用领域，因而在很多时候两者的概念和含义是一[3，4]致的。正在研制的50米口径天线是目前国内最大的天线，由于天线尺寸很大，而单块面板因制造和安装的难度又不可能太大，因此设计时将50米天线由内向外分成中心体及七个环面。由[5]于天线为旋转抛物面，所以每个环面的面板可以使用同一模胎拉形生产，共需加工7种不同尺寸的模胎，其中6号模胎如图1所示，其外形尺寸为4.0m×1.5m。图1天线模胎模胎

3、的加工质量决定了单块面板的制造质量，因此必须对单个模胎的质量进行检测与控制。模胎检测使用了两种不同的测量方法：一是基于2台高精度电子经纬仪的工业测量系统方法；二是基于经纬仪测量系统配合专业数码相机的视觉测量方法。方法一详见文献[5]，本文主要介绍的是方法二。二、测量方案我们采取的测量方案是：在模胎表面粘贴人工标志，采用双经纬仪测量系统测量少数控制点坐标，用专业数码相机从不同的摄站位置拍摄模胎的像片，采用光束法平差解算标志点坐标，再用CAD面型转换法计算实际模胎的面型误差。2.1人工标志标志采用的是回光反射

4、材料制作的圆形回光反射标志。由于回光材料的反射系数很高，[6]在同等光源的照射下，其反射亮度较普通白色标志高出数百上千倍。因此，用闪光灯微弱闪光，即可得到被测物影像清淡、标志点影像密度大而清晰的“准二值影像”。在6号模胎上共粘贴了281个圆形回光标志，图2为实际得到的模胎影像。对这些标志影像利用椭圆最小二[7]乘拟合得到标志中心的像坐标，标志中心定位精度可以达到0.1pixel。1图2模胎的回光标志影像2.2控制点测量为了便于数据处理与提高整体精度，在模胎表面下的支撑架上布置了8个控制点，用两[8]台0.

5、5″的电子经纬仪T3000构成工业测量系统测量其三维坐标，坐标测量精度优于0.05mm。2.3摄站布设为了便于测量，模胎用支架支撑、侧立但不完全垂直（图1），在模胎前方约3.8m处高低方向共布设了8个摄站（图3），拍摄了8张像片，保证了每个标志点至少被4张像片覆盖。图3摄站示意图2.4坐标解算本次测量使用的是NikonD2H专业数码相机，其分辨率为2464pixel×1632pixel，在测[7]量前已对相机进行了标定。[9]物方点坐标的解算采用带控制点的光束法平差技术，由于相机内方位元素的不稳定性，[1

6、0]故又用自标定法对相机内部参数进行了优化，取得了很好效果。2.5面型误差计算面型误差计算采用了比较稳健的CAD面型转换法，其原理为：手工输入或者通过公共点坐标转换给出坐标系转换的初值(精度要求不高)，然后将测量点投影到理论面上，以投影点为公共点的设计坐标，重新进行坐标转换，获得新的转换参数，重复上述步骤，直到测量点[11]相对于CAD曲面距离平方和最小时停止迭代计算。三、测量结果3.1点坐标测量结果为了比较和验证视觉测量的精度，用经纬仪测量系统同样测量了所有标志点的坐标。因控制点坐标也是用经纬仪测得的，

7、所以相机测量的坐标系与经纬仪的是一致的，二者的三维坐标差值见表1，由于点数太多，表中只列出了前15点的数据。2表1点坐标差值（单位：mm）点号XYZdXdYdZp1-295.9594437.887-42.7520.2590.3830.032p2-145.5474428.619-51.6510.0170.171-0.059p37.6944423.184-55.1250.0360.116-0.075p4161.8624415.270-62.9370.0780.2100.067p5314.0434410.245

8、-67.184-0.0030.045-0.076p6466.9284404.702-73.0870.012-0.122-0.013p7624.5524398.627-79.7820.0180.2530.022p8787.1644394.209-85.5120.1760.161-0.048p9934.7924389.535-92.4050.1180.175-0.055p101085.0994385.776-98.3530.041