基于轮廓匹配的高精度目标位置姿态测量技术——Geomagic Studio 12

本篇文章主要讨论的是基于轮廓匹配的方法来测量目标在空间中的位置和姿态，特别是在Geomagic Studio 12这样的软件环境下。摄像测量学作为一门新兴的交叉学科，结合了摄影测量、光学测量、计算机视觉和数字图像处理技术，其核心目标是利用摄像机或照相机获取的数字图像对目标的三维结构参数或运动参数进行精确测量。 (1)摄像测量学的内涵与历史: 摄像测量学是近几十年来发展迅速的领域，它源自传统的摄影测量，并融合了光学测量和计算机视觉的精华。其主要处理对象是数字图像序列。摄像测量涉及两个关键方面：一是二维图像与三维物体的成像投影关系，强调测量学原理；二是从图像中自动提取和匹配目标，依赖计算机视觉和图像分析技术。 早期摄影测量着重于模拟摄影测量，随着技术的进步，特别是三角测量理论和多视几何理论的发展，摄像测量逐渐转向图像目标的自动识别和定位，对图像目标的提取定位精度要求更高。摄像测量与传统摄影测量不同，后者通常使用专业摄影测量相机，而摄像测量则更倾向于使用普通摄像机，通过高精度标定使其适用于精密测量。 (2)基于轮廓匹配测量目标位置姿态: 这种方法的核心原理是通过迭代优化，使根据目标位置和姿态参数对目标边缘进行重投影后的结果尽可能接近实际成像边缘，遵循“模型/图像一致性假设”。使用投影矩阵M（由内参数矩阵K和外参数矩阵E组成）来描述空间点与成像点的关系，通过广义卡尔曼滤波处理数据，对测量结果进行平滑和修正，直至达到收敛状态。 具体步骤包括：首先提取目标边缘特征，然后设定初值（如位置姿态参数），基于模型对图像进行重投影，计算重投影边缘与实际边缘的偏差，以此作为目标函数，调整初始参数，反复迭代直至获得最优解。这种技术特别适用于目标外形复杂且难以识别合作标志的情况，因为它可以利用目标的三维结构信息进行姿态和位置的精确估计。 总结来说，基于轮廓匹配的摄像测量技术是现代图像测量中的一个重要手段，它在解决目标位置和姿态问题上具有很高的实用性和适应性。通过结合高精度标定和先进的图像处理技术，摄像测量能够实现对动态和静态景物的高精度测量，这对于很多实际应用，如机器人导航、工业自动化以及虚拟现实等领域都具有重要意义。