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光学测量原理与技术论文 三维激光扫描技术与摄影测量技术 学 院： 业：测试计量技术及仪器 学 号： SX1301116 姓 名：指导老师： 南京航空航天大学 二O一四年 3 1.1三维激光扫描技术 3 1.2 摄影测量技术 4 1.3双目测量理论 4 第二章：国内外发展状况 5 2.1三维激光扫描技术国内外发展状况 5 2.2摄影测量国内外发展状况 6 第三章：三维激光扫描系统分类及其特点 10 3.1三维激光扫描系统的分类 10 3.2三维激光扫描系统的特点 10 3.3三维激光扫描技术的发展趋势 11 第四章：三维激光扫描技术和摄影测量技术的在变形监测中的应用 13 4.1三维激光扫描技术在变形监测中的应用 13 4.2摄像测量技术在机翼变形监测中的应用 14 第五章：总结 17 三维激光扫描技术和摄影测量技术 ：绪论 1.1三维激光扫描技术 三维激光扫描技术是基于测绘技术发展起来的,但测绘方法不同于传统测绘技术,传统测绘技术是单点定位的高精度测量目标,它是对指定目标中的某一点位进行精确而确定的三维坐标数据测量,进而得到一个单独的或一些离散的点坐标数据,这类技术有如三坐标测量仪、经纬仪、全站仪、激光跟踪仪等,而三维激光扫描仪则是对确定目标的整体或局部进行完整的三维坐标数据测量,这就意味着激光测量单元必须进行从左到右,从上到下的全自动高精度步进测量(即扫描测量),进而得到完整的、全面的、连续的、关联的全景点坐标数据,这些密集而连续的点数据也叫做点云,这也就使三维激光扫描测量技术发生了质的飞跃,这个飞跃也意味着三维激光扫描测绘技术可以真实描述目标的整体结构及形态特性,并通过扫描测量点云编织出的/外皮来逼近目标的完整原形及矢量化数据结构,这里统称为目标的三维重建。 三维激光扫描测绘技术的测量内容是高精度测量目标的整体三维结构及空间三维特性,并为所有基于三维模型的技术应用而服务;传统三维测量技术的测量内容是高精度测量目标的某一个或多个离散定位点的三坐标数据及该点三维特性。前者可以重建目标模型及分析结构特性,并且进行全面的后处理测绘及测绘目标结构的复杂几何内容。如:几何尺寸、长度、距离、体积、面积、重心、结构形变,结构位移及变化关系、复制、分析各种结构特性等;而后者仅能测量定位点数据并且测绘不同定位点间的简单几何尺寸,如:长度、距离、点位形变、点位移等。 三维激光扫描测量原理:每一个扫描云点的测量都是基于三角测量原理进行的,并且根据激光扫描的传感驱动进行三维方向的自动步进测量。三角测量原理的实现是通过激光发射器发出的激光束经过反光镜(三角形的第一个角点)发射到目标上,形成反光点(三角形的第二个角点),然后通过CCD(三角形的第三个角点)接受目标上的反光点,最后,基于两个角度及一个三角底边计算出目标的景深距离(Y坐标),再经过激光束移动的反光点的位移角度差及Y坐标等计算出Z,X坐标。 1.2 摄影测量技术 摄影测量，就是利用对测量物体摄影所获得的像片来解求被摄物体的空间坐标和绘制设计图的理论、技术的测量方法。即利用各种摄像机，获取三维物体的二维图像（这就是实际空间坐标系和摄像机平面坐标之间的透视变换），通过多个摄像机从不同方向拍摄的两幅或两幅以上的二维图像，利用交会原理，以及相对定向与绝对定向等综合出物体的三维曲面轮廓。通过对摄影得到的光学图像进行的各种几何参数和其他参数的测量，都可认为是摄影测量的范畴。此法对被测物体上的采样点的非接触的三维数字化摄影测量的精度很高，而且很通用。摄影测量是光学图像处理的最重要和最普遍的应用之一。 1.3双目测量理论 不管在三维激光扫描技术和摄像测量技术中，双目测量理论都相当重要，通过双目测量理论将得到的图像转换为三维立体坐标。双目测量理论是从2个视点观察同一物体得到不同视角下的感知图像，通过计算分析同一三维点不同图像中对应图像点的视差来获取物体表面的三维形状信息。已知同一个点在2个摄像机下的图像坐标和内、外参数(内参数包括摄像机的焦距、主点坐标以及各种畸变参数；外参数是指左右两个摄像机坐标系之间的旋转矩阵T和平移矩阵R)，就可以利用三角测量原理求得未知点在物方世界坐标系下的三维坐标。 第二章：国内外发展状况 2.1三维激光扫描技术国内外发展状况 目前,随着科技的不断发展,三维激光扫描技术越来越成熟,地面三维激光扫描系统因其便捷性、高效性、稳定性等优点,在古建筑物和文物保护、城镇规划、交通方面以及变形监测领域等已有广泛的应用。 1999年来自斯坦福大学和华盛顿大学的30人小组利用三维激光扫描测量系统对米开朗琪罗的