[发明专利]基于图像识别的经纬仪自动准直方法

摘要

本发明公开了一种基于图像识别的自动经纬仪准直测量方法，其测量设备由内置驱动马达的电子经纬仪、微型测量相机和固定工装组成，通过微型测量相机对电子经纬仪进行自动准直测量的引导，标定图像平面坐标系与经纬仪目镜十字丝观测坐标系间的转换关系以及标定焦距处于准直观测状态下电子经纬仪偏转角度量与微型测量相机像素数量的关系，自动提取准直返回光和电子经纬仪目镜十字丝和偏差关系并直到准直。本发明采用的基于图像识别的经纬仪自动准直方法，由图像记录和分析的方法替代传统的人眼观测的方法，保证了在长时间测量情况下的测量稳定性，提高了测量的工作效率。

主权项

基于图像识别的自动经纬仪准直测量方法，其测量设备由内置驱动马达的电子经纬仪、微型测量相机和固定工装组成，通过微型测量相机对电子经纬仪进行自动准直测量的引导，包括如下步骤：(1)固定工装将微型测量相机同电子经纬仪进行连接固定，微型测量相机可通过电子经纬仪镜筒对电子经纬仪的测量视场进行无遮挡观测；(2)标定微型测量相机与经纬仪的空间关系作为系统的工作内部参数，包括相机所拍摄图像的图像平面坐标系与经纬仪目镜十字丝观测坐标系间的转换关系即偏转系数和平移量和焦距处于无穷远观测状态即经纬仪进行准直时的焦距状态下电子经纬仪角度偏量与微型测量相机拍摄图像中像素偏量的比例系数；其中，a.相机所拍摄图像的图像平面坐标系与经纬仪目镜十字丝观测坐标系间的转换关系即偏转系数和平移量标定方法为：设坐标系XOY为经纬仪目镜十字丝表征的基准坐标系，xoy为引导相机的像平面坐标系，两个坐标系为同平面同比例的旋转和平移线性变换，设这个转换关系为X＝p×x+q，Y＝p×y+q   (1)式中(X,Y)为目标点在基准坐标系中的坐标值，基准坐标系通过对图像中的经纬仪十字丝进行提取，计算目标点到两个坐标轴的距离即为这一坐标值；(x,y)为同一目标点在像平面坐标系中的坐标值，像平面坐标系以图像中心为坐标原点，平行像素排列方向和垂直像素排列方向构成坐标轴，计算目标点到两个坐标轴的距离即为这一坐标值；p、q为转换关系系数；在图像中任意取两个已知点A、B，设A在基准坐标系中的坐标值为(A1，A2)，在像平面坐标系中的坐标值为(a1，a2)，B在基准值坐标系中的坐标值为(B1，B2)，在像平面坐标系中的坐标值为(b1，b2)，通过这四组坐标值即可求解出基准坐标系与像平面坐标系的转换关系；b.焦距处于准直观测状态下电子经纬仪角度偏量与微型测量相机像素数量的关系的标定方法为：将已固定连接微型测量相机的电子经纬仪稳定于状态1，记录状态1条件下经纬仪的水平角度和竖直角度，记录状态1条件下的微型测量相机的图像，将电子经纬仪进行水平角度和垂直角度偏转，稳定于状态2，记录状态2条件下经纬仪的水平角度和竖直角度，记录状态2条件下的微型测量相机的图像；计算状态1和状态2中图像偏移的像素量，通过(1)中的标定关系将这一偏移量转换到在电子经纬仪观测坐标系下的两个偏移分量，对应于电子经纬仪状态1和状态2的水平角度和竖直角度的偏量，分别计算在电子经纬仪观测坐标系下两个坐标轴方向上的电子经纬仪角度偏量同微型测量相机像素偏差量的关系参数；在距离经纬仪视准轴不同偏转角的位置，电子经纬仪角度偏量同微型测量相机像素偏差量的关系并不是完全的线性关系，基于图像网格分布的参数标定方法，即将图像分割为N×M的若干区域，对每个格网交点都按照(b)中的方法进行一次标定，在需要使用这一参数时根据目标与图像中所有格网点的距离按照就近的原则选择对应格网点位置的参数；(3)自动提取准直返回光和电子经纬仪目镜十字丝和偏差关系利用准直返回光和电子经纬仪目镜十字丝在图像中形状特征，通过基于灰度分析的方法在图像中提取出准直返回光的中心坐标以及电子经纬仪目镜十字丝的坐标，计算二者在图像中的像素偏差量；通过(2)中标定的关系参数，将像素偏差量转化为在电子经纬仪观测坐标系下水平轴和竖直轴的角度偏差量；(4)将(3)中计算的角度偏差量以指令形式发送给电子经纬仪，驱动经纬仪按照设定角度进行偏转，直到完成准直。