CN110006406A - 一种摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，包括标定立方体，所述标定立方体的每一面均由中位基本正方板、边位基本方板、角位基本正方板、边位基本方条以及角位基本方条组成。本发明在场景中引入已知尺寸的人工标定物，实现对场景数据的矫正；本发明采用基本正方板与基本方条的可拆卸拼接结构，根据实际需要拼接出不同大小的标定立方体，再根据需要贴上强纹理色彩正方贴片，也可根据需要贴出一定间隔的强纹理图案，使得其能够适应不同机载相机分辨率的变化，具有易拆装、使用的优点；尤其是在低测量成本的条件下，便于获得满足对全局坐标系无要求的经过尺度恢复和方向定向的高精度三维场景数据。
Description
技术领域
本发明属于三维标定技术领域，具体涉及一种摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置。
背景技术
目前，在采用摄影测量技术对指定区域进行观测时，需要在监测区域预先布设相应的控制网，便于在后续数据处理环节中控制误差传播，恢复尺度，矫正方向，将成果归算到指定坐标系统中。在众多领域中，对使用摄影测量技术进行三维场景重建和恢复有着大量的需求。这些需求仅对重建后的尺度和方位有要求，而不涉及全局坐标系统。预先布设控制网的作业方式会带来显著的经济成本和人力成本。
为了能够适应对全局坐标系统无要求领域中应用摄影测量技术进行三维场景重建和恢复的需求，辅助尺度恢复和定向的标定装置能够使得成本得到显著降低，并且有助于简化工作流程。现有技术中，标定物主要用于实现对相机内参的计算和获取，未见有直接用于场景尺度恢复和方向恢复的装置。由于摄影测量飞行器在野外的飞行高度，机载相机的分辨率和地形起伏等差异较大，固定尺寸的标定物适应性较弱，为了扩大适用范围，研发一种能够解决上述问题的标定装置是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置。
本发明的目的是这样实现的，包括标定立方体，所述标定立方体的每一面均由中位基本正方板、边位基本方板、角位基本正方板、边位基本方条以及角位基本方条组成；
所述角位基本正方板分别位于标定立方体每一面的四角处，所述边位基本方板分别位于标定立方体每一面的边缘处，两相邻边位基本方板之间可拆卸连接，边位基本方板与相邻的角位基本正方板之间可拆卸连接，所述中位基本正方板位于标定立方体的每一面中央处，两相邻中位基本正方板之间可拆卸连接，中位基本正方板与相邻的边位基本方板之间可拆卸连接；
所述角位基本方条分别位于标定立方体四角的棱边处，角位基本方条分别与标定立方体相邻的两个面之角位基本正方板可拆卸连接，所述边位基本方条分别位于标定立方体的棱边处，边位基本方条分别与标定立方体相邻的两个面之边位基本方板可拆卸连接；
所述标定立方体表面的连接缝，将每一个侧面以及顶面划分为若干个边长相等的正方子区域；
所述标定立方体的侧面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域，正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片，且同一侧面两相邻正方母区域的强纹理色彩不同，相邻侧面中处于不同侧面的两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
所述标定立方体的顶面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域；处于顶面一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第一强纹理指向箭头，剩余三角区域贴有与第一强纹理指向箭头颜色不同的强纹理色彩三角贴片；处于顶面另一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第二强纹理指向箭头，剩余三角区域贴有与第二强纹理指向箭头颜色不同的强纹理色彩三角贴片；所述第一强纹理指向箭头与第二强纹理指向箭头的颜色不同，方向相反；顶面的其余正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片，且两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
其中n≥1，且n为整数；
所述强纹理色彩正方贴片7与强纹理色彩三角贴片的强纹理色彩有两种。
本发明的有益效果：本发明在场景中引入已知尺寸的人工标定物，实现对场景数据的矫正；本发明采用基本正方板与基本方条的可拆卸拼接结构，根据实际需要拼接出不同大小的标定立方体，再根据需要贴上强纹理色彩正方贴片，也可根据需要贴出一定间隔的强纹理图案，使得其能够适应不同机载相机分辨率的变化，具有易拆装、使用的优点；尤其是在低测量成本的条件下，便于获得满足对全局坐标系无要求的经过尺度恢复和方向定向的高精度三维场景数据；本发明通过水平转动调节装置来调节标定立方体顶部指向箭头的指向，起到辅助定向的作用。
附图说明
图1为本发明n=1的标定立方体结构示意图；
图2为图1未贴强纹理色彩正方贴片的结构示意图；
图3为图1还包括连接架、水平转动调节装置及支撑架的结构示意图；
图4为图2其中一个面拆卸状态的结构示意图；
图5为本发明n=2的标定立方体结构示意图；
图中：1-中位基本正方板，2-边位基本方板，3-角位基本正方板，4-边位基本方条，5-角位基本方条，6-连接缝，7-强纹理色彩正方贴片，8-第一强纹理指向箭头，9-第二强纹理指向箭头，10-连接杆，11-连接架，12-水平转动调节装置，13-支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~附图5所示本发明包括标定立方体，所述标定立方体的每一面均由中位基本正方板1、边位基本方板2、角位基本正方板3、边位基本方条4以及角位基本方条5组成；
所述角位基本正方板3分别位于标定立方体每一面的四角处，所述边位基本方板2分别位于标定立方体每一面的边缘处，两相邻边位基本方板2之间可拆卸连接，边位基本方板2与相邻的角位基本正方板3之间可拆卸连接，所述中位基本正方板1位于标定立方体的每一面中央处，即除边位基本方板2外，其余空位均设置中位基本正方板1，两相邻中位基本正方板1之间可拆卸连接，中位基本正方板1与相邻的边位基本方板2之间可拆卸连接；
所述角位基本方条5分别位于标定立方体四角的棱边处，角位基本方条5分别与标定立方体相邻的两个面之角位基本正方板3可拆卸连接，所述边位基本方条4分别位于标定立方体的棱边处，即除角位基本方条5外，其余空位均设置边位基本方条4，边位基本方条4分别与标定立方体相邻的两个面之边位基本方板2可拆卸连接；
所述标定立方体表面的连接缝6，将每一个侧面以及顶面划分为若干个边长相等的正方子区域；
所述标定立方体的侧面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域，正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片7，且同一侧面两相邻正方母区域的强纹理色彩不同，相邻侧面中处于不同侧面的两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
所述标定立方体的顶面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域；处于顶面一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第一强纹理指向箭头8，剩余三角区域贴有与第一强纹理指向箭头8颜色不同的强纹理色彩三角贴片；处于顶面另一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第二强纹理指向箭头9，剩余三角区域贴有与第二强纹理指向箭头9颜色不同的强纹理色彩三角贴片；所述第一强纹理指向箭头8与第二强纹理指向箭头9的颜色不同，方向相反；顶面的其余正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片7，且两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
其中n≥1，且n为整数；
所述强纹理色彩正方贴片7与强纹理色彩三角贴片的强纹理色彩有两种。
优选地，所述边位基本方板2与相邻的边位基本方条4组成边长与中位基本正方板1相等的正方板，所述角位基本正方板3与相邻的角位基本方条5组成边长与中位基本正方板1相等的缺角正方板。
优选地，所述中位基本正方板1、边位基本方板2、角位基本正方板3、边位基本方条4、角位基本方条5侧面均设有连接孔，两相邻边位基本方板2侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接，边位基本方板2与相邻的角位基本正方板3侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接，两相邻中位基本正方板1侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接，中位基本正方板1与相邻的边位基本方板2侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接，角位基本方条5侧面分别与标定立方体相邻的两个面之角位基本正方板3侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接，边位基本方条4侧面分别与标定立方体相邻的两个面之边位基本方板2侧面连接孔之间通过连接杆10可拆卸连接。
优选地，所述强纹理色彩正方贴片7、强纹理色彩三角贴片设有粘接层，强纹理色彩正方贴片7、强纹理色彩三角贴片分别与标定立方体之间粘接连接。
优选地，所述强纹理色彩正方贴片7、强纹理色彩三角贴片设有磁性层，强纹理色彩正方贴片7、强纹理色彩三角贴片分别与标定立方体之间磁性连接。
优选地，所述正方区域的边长为10~30cm。
优选地，还包括连接架11、水平转动调节装置12、支撑架13，所述连接架11上端与标定立方体底部连接，下端与水平转动调节装置12顶部连接，使水平转动调节装置12能够带动标定立方体水平旋转，所述支撑架13设于水平转动调节装置12底部。
优选地，所述水平转动调节装置12为微动螺旋机构。
优选地，所述支撑架13为三角支架。
优选地，所述强纹理色彩为黑色、白色。
本发明的工作原理和工作过程：先将角位基本正方板3与边位基本方板2连接，再将中位基本正方板1与边位基本方板2，边位基本方板2与边位基本方板2连接，拼接成标定立方体底面，然后依次拼接出4个侧面、顶面；再将角位基本方条5与角位基本正方板3连接，边位基本方条4与边位基本方板2连接，使标定立方体相邻面拼接在一起，即拼接成标定立方体；
然后，根据需要确定正方母区域的边长，即n的值；
当n=1时，即每个正方子区域均为一个正方母区域；先贴标定立方体的侧面，在每个正方母区域贴上强纹理色彩正方贴片7，使且同一侧面两相邻正方母区域的强纹理色彩不同，相邻侧面中处于不同侧面的两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；再贴标定立方体的顶面，贴强纹理色彩正方贴片7的过程中，先贴出第一强纹理指向箭头8以及对应正方母区域的剩余三角区域；再贴出第二强纹理指向箭头9以及对应正方母区域的剩余三角区域；然后再贴其余正方母区域；
当n=2时，即22个正方子区域为一个正方母区域；先贴标定立方体的侧面，在每个正方母区域的正方子区域分别贴上相同色彩的强纹理色彩正方贴片7，然后再贴其他正方母区域，使同一侧面两相邻正方母区域的强纹理色彩不同，相邻侧面中处于不同侧面的两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；再贴标定立方体的顶面，贴强纹理色彩正方贴片7的过程中，先贴出第一强纹理指向箭头8以及对应正方母区域的剩余三角区域；再贴出第二强纹理指向箭头9以及对应正方母区域的剩余三角区域；然后再贴其余正方母区域；
然后将标定立方体、连接架11、水平转动调节装置12、支撑架13安装，即可；也可先组装连接架11、水平转动调节装置12、支撑架13，再组装标定立方体；
依次类推，n≥3的情况按上述过程依次组装，即可满足不同尺寸标定立方体以及一定间隔的强纹理图案需求；
下面结合实施例1~实施例2对本发明作进一步说明。
实施例1
确定标定立方体的尺寸为50×50×50cm3，中位基本正方板1的尺寸为10×10cm2，即n=1；
在场景中选择放置位置，拼接标定立方体底面，使用连接架11完成标定立方体底面固定；
再拼接标定立方体侧面、顶面并组成标定立方体；
采用10×10cm2的黑色强纹理色彩正方贴片以及白色强纹理色彩正方贴片贴于标定立方体侧面的每个正方母区域；
采用的黑色强纹理色彩三角贴片以及白色强纹理色彩三角贴片在标定立方体顶面贴出第一强纹理指向箭头8、第二强纹理指向箭头9；黑色强纹理色彩正方贴片以及白色强纹理色彩正方贴片贴于标定立方体顶面的其余正方母区域；
在带有水准气泡罗盘的辅助下，通过水平转动调节装置12将标定立方体顶部的第一强纹理指向箭头8或第二强纹理指向箭头9箭头指向定向方向；
摄影观测，在后数据处理环节中，标定立方体为50×50×50cm3，黑、白色强纹理图案的间隔为10cm，辅助完成尺度恢复和定向。
实施例2
确定标定立方体的尺寸为80×80×80cm3，中位基本正方板1的尺寸为10×10cm2，需要的正方母区域尺寸为20×20cm2，即n=2，也就是4个相邻的正方子区域组成一个正方母区域；
在场景中选择放置位置，拼接标定立方体底面，使用连接架11完成标定立方体底面固定；
再拼接标定立方体侧面、顶面并组成80×80×80cm3的标定立方体；
采用10×10cm2的黑色强纹理色彩正方贴片以及白色强纹理色彩正方贴片贴于标定立方体侧面的每个正方母区域之正方子区域；
采用的黑色强纹理色彩三角贴片以及白色强纹理色彩三角贴片在标定立方体顶面贴出第一强纹理指向箭头8、第二强纹理指向箭头9；黑色强纹理色彩正方贴片以及白色强纹理色彩正方贴片贴于标定立方体顶面的其余正方母区域之正方子区域；
在带有水准气泡罗盘的辅助下，通过水平转动调节装置12将标定立方体顶部的第一强纹理指向箭头8或第二强纹理指向箭头9箭头指向定向方向；
摄影观测，在后数据处理环节中，标定立方体为80×80×80cm3，黑、白色强纹理图案的间隔为20cm，辅助完成尺度恢复和定向。
Claims (10)
1.一种摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，包括标定立方体，其特征在于所述标定立方体的每一面均由中位基本正方板（1）、边位基本方板（2）、角位基本正方板（3）、边位基本方条（4）以及角位基本方条（5）组成；
所述角位基本正方板（3）分别位于标定立方体每一面的四角处，所述边位基本方板（2）分别位于标定立方体每一面的边缘处，两相邻边位基本方板（2）之间可拆卸连接，边位基本方板（2）与相邻的角位基本正方板（3）之间可拆卸连接，所述中位基本正方板（1）位于标定立方体的每一面中央处，两相邻中位基本正方板（1）之间可拆卸连接，中位基本正方板（1）与相邻的边位基本方板（2）之间可拆卸连接；
所述角位基本方条（5）分别位于标定立方体四角的棱边处，角位基本方条（5）分别与标定立方体相邻的两个面之角位基本正方板（3）可拆卸连接，所述边位基本方条（4）分别位于标定立方体的棱边处，边位基本方条（4）分别与标定立方体相邻的两个面之边位基本方板（2）可拆卸连接；
所述标定立方体表面的连接缝（6），将每一个侧面以及顶面划分为若干个边长相等的正方子区域；
所述标定立方体的侧面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域，正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片（7），且同一侧面两相邻正方母区域的强纹理色彩不同，相邻侧面中处于不同侧面的两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
所述标定立方体的顶面中n2个相邻的正方子区域分别组成正方母区域；处于顶面一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第一强纹理指向箭头（8），剩余三角区域贴有与第一强纹理指向箭头（8）颜色不同的强纹理色彩三角贴片；处于顶面另一边缘处的两相邻正方母区域分别沿正方母区域对角线贴有颜色相同的强纹理色彩三角贴片，两个强纹理色彩三角贴片组成第二强纹理指向箭头（9），剩余三角区域贴有与第二强纹理指向箭头（9）颜色不同的强纹理色彩三角贴片；所述第一强纹理指向箭头（8）与第二强纹理指向箭头（9）的颜色不同，方向相反；顶面的其余正方母区域分别贴有强纹理色彩正方贴片（7），且两相邻正方母区域的强纹理色彩不同；
其中n≥1，且n为整数；
所述强纹理色彩正方贴片（7）与强纹理色彩三角贴片的强纹理色彩有两种。
2.根据权利要求1所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述边位基本方板（2）与相邻的边位基本方条（4）组成边长与中位基本正方板（1）相等的正方板，所述角位基本正方板（3）与相邻的角位基本方条（5）组成边长与中位基本正方板（1）相等的缺角正方板。
3.根据权利要求1所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述中位基本正方板（1）、边位基本方板（2）、角位基本正方板（3）、边位基本方条（4）、角位基本方条（5）侧面均设有连接孔，两相邻边位基本方板（2）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接，边位基本方板（2）与相邻的角位基本正方板（3）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接，两相邻中位基本正方板（1）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接，中位基本正方板（1）与相邻的边位基本方板（2）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接，角位基本方条（5）侧面分别与标定立方体相邻的两个面之角位基本正方板（3）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接，边位基本方条（4）侧面分别与标定立方体相邻的两个面之边位基本方板（2）侧面连接孔之间通过连接杆（10）可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述强纹理色彩正方贴片（7）、强纹理色彩三角贴片设有粘接层，强纹理色彩正方贴片（7）、强纹理色彩三角贴片分别与标定立方体之间粘接连接。
5.根据权利要求1所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述强纹理色彩正方贴片（7）、强纹理色彩三角贴片设有磁性层，强纹理色彩正方贴片（7）、强纹理色彩三角贴片分别与标定立方体之间磁性连接。
6.根据权利要求1所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述正方区域的边长为10~30cm。
7.根据权利要求1~6任一所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于还包括连接架（11）、水平转动调节装置（12）、支撑架（13），所述连接架（11）上端与标定立方体底部连接，下端与水平转动调节装置（12）顶部连接，使水平转动调节装置（12）能够带动标定立方体水平旋转，所述支撑架（13）设于水平转动调节装置（12）底部。
8.根据权利要求7所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述水平转动调节装置（12）为微动螺旋机构。
9.根据权利要求7所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述支撑架（13）为三角支架。
10.根据权利要求7所述摄影测量后处理辅助尺度恢复及定向的标定装置，其特征在于所述强纹理色彩为黑色、白色。
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