[发明专利]表征摄影测量系统三维坐标重构误差的矩阵谱半径方法

说明书

本发明属于摄影测量领域。本发明提供了一种表征摄影测量系统三维坐标重构误差的矩阵谱半径方法，包括以下步骤：步骤1，定义双目摄影测量系统中的多个坐标系，并得出利用靶标的像素坐标重构三维空间坐标的坐标重构关系式；步骤2，计算在重构过程中靶标的像素坐标误差向三维空间坐标误差传递的度量矩阵，并通过度量矩阵的谱半径表征摄影测量系统三维坐标重构误差。本发明的方法通过计算得到度量矩阵谱半径并将其作为关键量化指标，关注坐标重构过程的误差传递关系，而不依赖摄影测量系统像素坐标测量提取误差的估计，更符合系统布局和构型的参数设计要求。

技术领域

本发明属于摄影测量领域，具体涉及一种表征摄影测量系统三维坐标重构误差的矩阵谱半径方法。

背景技术

摄影测量系统是一种典型的非接触式测量手段，相较于接触式传感器测量方式，具有多点传感、不改变结构质量或刚度、超低频位移识别、抗空间辐射干扰等优点。

立体摄影测量、点跟踪和无目标视觉最近为测量结构动力学提供了新的机会。前人为提高摄影测量的精度、鲁棒性和测量效率，进行了大量研究。

研究表明，测量的精度主要取决于摄影系统的参数，如相机角度、快门速度，以及所测量位移的大小。摄影系统参数对测量精度至关重要，基线距离、光轴与基线夹角、投影角和焦距等结构参数对测量精度的均有影响。前人研究了平行机构运动平台姿态摄影测量系统的结构参数优化问题，为了提高移动平台姿态测量精度，在姿态测量误差分析的基础上，确定了结构参数的优化指标。然而现有优化指标与像素坐标误差有关，而实际测量中像素坐标误差是未知量，因此需要提供一种不依赖于像素坐标误差的结构参数的用于表征摄影测量系统三维坐标重构误差的方法，以优化摄影测量系统结构参数。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种表征摄影测量系统三维坐标重构误差的矩阵谱半径方法。

本发明提供了一种表征摄影测量系统三维坐标重构误差的矩阵谱半径方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，定义双目摄影测量系统中的多个坐标系，并得出利用靶标的像素坐标重构三维空间坐标的坐标重构关系式；步骤2，计算在重构过程中靶标的像素坐标误差向三维空间坐标误差传递的度量矩阵，并通过度量矩阵的谱半径表征摄影测量系统三维坐标重构误差，

其中，步骤1中包括以下子步骤：

步骤1-1，定义世界坐标系为O_w-x_wy_wz_w，该世界坐标系用于全局描述空间中任意点的坐标，双目摄影测量系统具有一号相机与二号相机，定义一号相机坐标系为原点位于一号相机的光心，且在世界坐标系中的坐标为三个坐标轴通过三个单位向量u⁽¹⁾，v⁽¹⁾和w⁽¹⁾表示，w⁽¹⁾与光轴平行并指向测量域的反方向，v⁽¹⁾为相机机体指向向量，并定义一号相机成像对应的像素坐标系为轴与一号相机坐标系轴同向平行，轴与一号相机坐标系轴反向平行，并通过相同方法定义二号相机坐标系和二号相机成像对应的像素坐标系

步骤1-2，对于世界坐标系中，视场范围内的任意靶标p＝[x y z]^T，在两个相机所成图像上的像素坐标满足如下的投影变换关系：

通过整理公式(1)，以p为待解变量，可以将p与两组像素坐标之间的关系表示为如下的矩阵形式

Ap＝b (2)

参数矩阵A和向量b仅依赖于摄影测量系统的内、外参系数和成像的像素坐标，基于公式(2)-公式(5)，通过像素坐标来重构靶标p在世界坐标系中的三维空间坐标，并通过最小二乘法求解，得到