xjtudp三维光学摄影测量系统使用说明书

XJTUDP三维光学摄影测量系统使用手册VER80西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所地址陕西省西安市咸宁西路28号西安交通大学机械工程学院邮编710049电话02982664583，82669103、82664366转807电子邮件XJTUOM263NET网站WWWXJTUOMCOM传真01080115555转763026目录1绪论12XITUDP系统概述221概述222系统特点323主要硬件和软件构成324应用领域425系统指标43系统安装手册531XJTUDP系统安装卸载532加密狗及驱动程序安装533系统的卸载54相机、标志点、比例尺741相机7411拍摄照片的基本要求7412相机参数设置标准7413软件中相机设置742标志点8421编码标志点8422非编码标志点9423估算标志点在照片上的像素数大小1043标尺10431标尺的放置11432铝合金标尺11433英瓦合金标尺115工程的建立及拍摄技巧1251基本要求1252工程建立12521被测物体摆放12522编码标志点13523非编码标志点14524定义坐标系15525典型工程1553摄站布置16531基本要求16532拍摄扁平物体17533拍摄3D物体（14汽车模型）17534拍摄大型3D物体1854照片拍摄19541准备相机、闪光灯19542拍摄测试照片19543拍摄校准照片19544拍摄一组图片汽车模型206工程建立、3D计算和检测2161软件界面介绍2162图片数据导入2263新建工程23643D坐标的计算29641计算流程29642使用比例尺3265摄影测量工程计算结果的检测和修正34651观察工程34652检测工程计算的结果34653检测之后添加新的图片组、图片35654删除参考点35655参考点的厚度补偿3666手动添加未识别的重要参考点3667测量点距3668坐标转换37681321转换37682参考点拟合40683全局点转换40684矩阵转换417数模比对4271概述4272成功比对的前提4273比对过程42731导入数模42732编辑数模43733比对计算43734结果观察4374工程匹配478元素和分析4881元素4882分析589静态变形工程6391静态变形简要介绍63911变形域的应用63912典型的测量步骤6392XITUDP变形模式64921静态变形路径结构65922保存工程数据6593被测物体准备、拍摄照片、建立工程65931参考点布置66932拍摄照片6694建立新工程6695加载状态并计算6896观察结果69961变形域结果观察6910文档输出73101保存、输出数据73102截图75103生成报告761绪论本手册适用于不熟悉三维坐标测量过程，但是具备基本电脑知识和操作技能（基于WIDOWS操作系统）的人。本手册中提供了XJTUDP系统推荐的标准测量流程和照片拍摄规则。为了能更方便的使用本系统，XJTUDP系统提供了三维显示能力和二维图像显示能力。本手册被分成以下部分第一部分绪论给出了本手册的内容安排。第二部分给出了关于XJTUDP系统的基本信息。第三部分描述XJTUDP的安装和卸载。第四部分给出了XJTUDP系统所需的输入数据（即照片组）的获取规则，包括数码相机的使用、定比例尺、编码/非编码标志点及其摆放、图片组的拍摄方法等。第五部分关于XJTUDP系统工程建立及摄影拍照技巧等。第六部分关于一般摄影测量工程的新建、导入、计算等。第七部分关于数模比对的操作。第八部分关于元素和分析的相关内容。第九部分关于使用XJTUDP系统建立静态变形测量工程。第十部分关于XJTUDP系统的文件保存和输出。附录部分简介了321坐标转换法和比检测软件GEOMAGICQUALIFY的用法。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION12XITUDP系统概述21概述XJTUDP系统是工业非接触式光学三坐标测量系统，也称为数字工业近境摄影测量系统，可以精确地获得离散的目标点三维坐标，这是一种便携式、移动式的三坐标光学测量系统，可以用于静态工件的质量控制和动态变形分析、实时测量。摄影测量技术（PHOTOGRAMMETRY）的基本思想，是从不同方向拍摄标志点，然后通过图片和点法线计算出三维坐标。图片中可见的标志点相互之间有确定的关系，因此，用其观察角度所得图片利用标志点的相互关系就可能计算出相机的方位。根据以上理论，XJTUDP系统用一个摄影测量相机从不同的观察角度（或称摄像站）拍摄被测物体的多幅图片，测量软件计算出所有相关的目标点，自动计算这些数码图片中粘贴的标志点和物体特征点的三维坐标。XJTUDP可以测量几十毫米20米的物体，可以计算出物体上几千个标志点的坐标，也可以使用不同型号的相机。在拍摄图片时，不同拍摄位置的相机视角尽量大，可以获得更好的效果。摄影测量是以透视几何理论为基础，利用拍摄的图片，采用前方交会方法计算三维空间中被测物几何参数的一种测量手段，其原理如图21和图22所示。图21多幅拍摄标志点的前方交会示意图图22近景摄影测量的原理XJTUDP软件的主要功能，是在多幅图片中识别出椭圆（圆形标志点）和椭圆的三维坐标。根据两张以上图片，把待测点的像点坐标作为测量值，以解求空间3D坐标，测量步骤可分三步特征点的像点中心计算、图片匹配、共线方程式的解算。22系统特点移动式光学三维坐标测量机。可以对柔性物体的测量。测量物体大小从01米到20米的柔性物体。简单快速获取图片。自动检测数码图片。自动计算标志点的三维坐标测量，并提供三维点的可视化操作。三维坐标的精确测量。坐标系的转换，例如用321规则。利用点的三维信息建立元素，并保存为IGES格式。各种距离、角度的测量。导入各种标准格式的CAD数模，实现测量数据与数模的对比，并生成对比报告。与XJTUOM面扫描软件有直接接口。标准的输出格式。友好的人机界面。23主要硬件和软件构成拥有固定焦距可互换镜头的高分辨率数码相机（1000万像素）。把数据从相机转移到电脑的存储媒介。闪光灯，使物体被测量时有合适的亮度。编码标志点（100个、300个），编码标志点由一个中心点和周围的环状编码组成。每个点有自己的ID号。拍摄一个图片，能自动在XJTUDP中自动识别和计算。非编码标志点，用来得到测量物体关键部分的三维坐标。定比例尺来作为XJTUDP测量结果的比例，它们有极精确的已经测量的标志点来确定它们的长度。高性能的电脑或笔记本电脑。XJTUDP测量分析软件。上述部件如图23所示。图23系统组成24应用领域逆向设计快速获取零件的关键点云数据，建立三维数模，达到快速设计产品目的。产品检测生产线产品质量控制和形位尺寸检测，特别适合复杂曲面的检测，可以检测铸件、锻件、冲压件、模具、注塑件、木制品等产品。变形分析变形分析分为行静态和动态变形分析，可以应用在钣金变形、焊接变形、风洞变形、温度变形等领域。25系统指标测量精度约为被测物体尺寸的1/100000。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION13系统安装手册31XJTUDP系统安装卸载在获得系统供应商的许可软件后，将系统的软件安装盘插入光驱，双击SETUPEXE安装文件，出现如图31界面，按照提示进行安装。安装完毕后，会在电脑桌面上出现系统快捷图标。图31系统安装界面32系统的卸载需要卸载系统时，可以在程序列表中进行卸载，也可以再次执行SETUPEXE安装文件进行修复安装或者卸载，弹出如图32界面，根据需要选择“修复”或者“除去”。图32系统卸载、修复界面EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION14相机、标志点、比例尺41相机XJTUDP摄影测量系统可以与各种不同型号、不同分辨率的高性能单反相机（辅以高性能定焦镜头和闪光灯）配合使用，如佳能、尼康、奥林巴斯等系列的单反相机。为了保证测量的精度，摄影测量的照片拍摄方法与普通的摄影有很大不同，通常需要关掉单反相机大部分的自动功能。相机的设置对于测量结果的影响非常大，因此需要严格按照要求对相机进行设置。411拍摄照片的基本要求1严格说明书的相机参数设定要求对相机进行参数设置。2相机始终要用手动模式，而不要用自动模式。3在拍摄照片的过程中，相机和镜头的参数要始终保持一致，不能随意变动。4拍摄过程中，相机的位置要始终处于最佳对焦范围内，以保证获得清晰地照片。5要使得相机对焦清晰，不能利用相机的自动对焦，只能通过调节相机与被拍摄物体之间的距离来实现。412相机参数设置标准下表是XJTUDP推荐使用的几类相机的参数设置。表41拍摄中相机参数设置相机类型NIKOND80NIKOND90NIKOND200CANON400D像素大小38722592428828483872259238882592ISO200200200100快门速度1/1251/1251/1251/125光圈距离物体2米以内拍摄11距离物体2米以外拍摄8测光方式中央重点平均测光中央重点平均测光中央重点平均测光中央重点平均测光对焦模式手动手动手动手动曝光模式手动手动手动手动色彩黑白黑白黑白单色画质影像品质JPEG精细影像品质JPEG精细影像品质JPEG精细最佳白平衡自动自动自动自动自动旋转关闭关闭关闭关闭闪光灯设置413软件中相机设置不同的相机拍摄的照片在软件中计算时，需要根据相机设置不同的工程参数。表42计算中相机参数设置相机类型NIKOND80NIKOND90NIKOND200CANON400DCANON350DOLYMBUSE500图像宽度387242883872388834563264图像高度259228482592259223042448像素大小615561575756焦距24242420171742标志点421编码标志点图41编码标志点在XJTUDP中，编码标志点用来定向图片并自动计算相机的位置。当拍摄图片时，应该尽量拍摄到更多的均匀散布在物体上的标志点，从而获得更高的测量精度。一般来说，编码标志点不会被用来确定所测物体的三维坐标。XJTUDP可以处理10位（100个），12位（300），15位（420个）标志点。例如，一个10位的标志点系，意味着由从0到99的数字来识别的100个标志点。编码标志点的周围有黑白相间的圆环，圆环被等分的份数就是编码标志点的位数。图42定向十字尺定向十字尺就是将数个编码标志点固定在小型十字架上，其作用于编码标志点相同，但是使用更方便。如果有多套不同位的编码标志点，尽量分开放置，避免混合到一起，因为XJTUDP系统不能自动区分十位、十二位、十五位的标志点。422非编码标志点图43非编码标志点非编码标志点用来确定被测物体的三维坐标，它们由XJTUDP自动识别。非编码标志点在被测物体上的位置由测量任务来确定。如果你打算以后再用XJTUOM系统扫描物体，利用XJTUOM的定位标准（参见XJTUOM用户手册）。如果测量和检测只是用XJTUDP系统来执行，那么标志点的位置由测量任务决定。利用标志点的好处是可以全自动地识别这些三维位置。放置标志点的时候，确保他们至少在3个不同相机位置是可见的。根据相机对物体的分辨率来选择标志点的大小。为了让系统可以正确识别非编码标志点，非编码标志点在图像上形成的椭圆的最小半径为10个像素。这个要求对编码点也是一样。图44效果较好的非编码点图像如图44所示是一个拍摄较好的非编码点图像，在这里，非编码点的最小半径为10个像素左右。图45效果较差的非编码点图像如图45所示是一个拍摄较差的非编码点图像，在这里，非编码点的最小半径为3个像素左右。423估算标志点在照片上的像素数大小例如CANON400D芯片尺寸222148MM，分辨率38882592，焦距20MM，拍摄距离为6M。那么一幅照片拍摄的长度大小为，单个像素对应的33621060M实际尺寸为，假设标志点直径为20MM，那么标志点在图片上的像素数大小601738MNPIXEL20/1711169，因此大约占12个像素左右。43标尺在摄影测量过程中，标尺为工程提供标准的尺寸比例，因此在每个摄影测量计算过程中必须指定标尺，如果之前用过该标尺，则可以从下拉列表中选择该标尺，如果没有用过则需要重新输入该标尺的值，如果输入的标尺的标定长度或者是膨胀系数有误，会导致计算结果的错误，因此必须正确填写标尺的标定长度和膨胀系数，XJTUDP系统的每根标尺上面都带有该标尺的标定长度及膨胀系数等参数（图47）。图46标尺图47标尺标签431标尺的放置通常一个摄影测量工程中，我们会采用两根标尺，这样计算完成后，通过查看两根标尺之间的偏差可以检查摄影测量工程的计算精度。一般来说，标尺可以随意放置，但是必须保证标尺上的标志点在计算过程中能够被重建出来。标尺的长度最好与被测物体的长度基本一致，对于特别大型的物体，尽量使用较长的标尺。432铝合金标尺自研编码标尺的温涨系数为62410/M433英瓦合金标尺英瓦合金标尺的温涨系数为68/EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION15工程的建立及拍摄技巧51基本要求为了保证XJTUDP系统能够利用所拍摄的照片对标志点进行准确的三维重建，在工程的建立及照片的拍摄过程中，必须遵守一些基本的要求1每张照片上至少要保证清晰地拍到至少5个编码标志点，只有这样XJTUDP系统才能准确的计算相机的位置。因此在工程建立过程中，必须在合适的、易于拍摄的位置放置足够的编码标志点。当然也不能过多的使用编码标志点，过多的编码标志点不能提高工程的计算精度，反而会降低计算的速度。2通常情况下，要保证标志点在照片上的最小半径大约为10个像素大小（见423节）。3保持标志点的干净整洁、边缘清晰。4拍摄照片过程中曝光要合适，过度曝光或者曝光不足都不利于标志点的准确检测。5每个非编码标志点至少要出现在三张照片中，XJTUDP系统才能自动、准确地重建该标志点的三维坐标。6拍摄过程比避免随意变动相机、镜头的参数，例如焦距、光圈、感光度、快门速度等参数。7在每个拍摄位置，最好绕镜头轴线旋转相机拍摄四张照片。8拍摄过程，最好保证能够均匀地从不同方位围绕物体拍摄物体，而不是只从一个方向或者是一侧拍摄照片。9正确的设置标尺标定长度及膨胀系数。以上原则是理想情况下的要求，在实际操作过程中，可能不能完全做的。总而言之，拍摄的基本要去就是要做到清晰地拍摄均匀分布的编码点、非编码点，以保证高的计算精度。如果拍摄的照片不是很理想，那么XJTUDP的计算精度会有所下降。52工程建立521被测物体摆放1被测物应摆放在空旷、平坦的地面或者面积大于被测物的工作台面上，要求干净、整洁、无复杂图案。2工作台要求水平，且最好是不反光的暗色，周围减少无关干扰物的影响。3被测物周围光线要充足，要考虑光源交叉照射产生的阴影区域，最好是光线均匀，亮度强但不反光。4被测物摆放在地面或工作台面的上，以让被测物体充分着地，避免变形。5拍照时禁止移动被测物体。522编码标志点图51编码标志点在XJTUDP中，编码标志点用来确保图片集可以被计算且允许自动计算相机的位置。当拍摄图片时，应该可以看见尽可能多个的标志点散布在整个物体上（例如，从头到尾），这样可以达到一个高的测量精度。一般来说，编码标志点不是用来确定所测物体的三维坐标的。XJTUDP可以处理100（10BIT），300（12BIT），420（15BIT）个标志点。例如，一个10位的标志点系，意味着由从0到99的数字来识别的100个标志点，如图51所示。如果几个标志点在现场使用，确保它们没有混和，XJTUDP自动辨别编码标志点。但不能自动区分标志点的种类（10BIT，12BIT或15BIT）。当确定编码标志点的位置时，确定符合以下原则1确保标志点位置稳定。2对所有尺寸使用标志点，比如物体的长度，宽度和高度。3放置编码点呈45度角（采用角度支撑架）。这将使得所测物体的多个连接的图片中有更好的三维结构。4如果只需要测量一个方向的简单物体，那么所有非编码标志点放置在一个方向，同时编码标志点也放置在相同的方向上。5原则上讲，应使一张照片上拍到尽量多的点，每个点在尽量多的照片上出现。6每个图片必须包含至少5个编码标志点。7确保标志点均匀地分布，避免将编码标志点排列成规则的直线。图52显示了一个汽车模型，安放在角度调整器上的标志点可以从该方向上在图片上清楚看到。而标尺上的标志点平行于地面，因此不容易看到。图52汽车模型如图53为定向十字尺，定向十字尺与编码标志点的作用相同，但是更方便使用，可以提高工作效率。图53定向十字尺523非编码标志点图54非编码标志点XJTUDP中使用的非编码标志点如图54所示。非编码标志点用来确定被测物体的三维坐标，它们由XJTUDP自动识别。非编码标志点在被测物体上的位置由测量任务来确定。如果你打算以后再用XJTUOM系统扫描物体，利用XJTUOM的定位标准（参见XJTUOM用户手册）。如果测量和检测只是用XJTUDP系统来执行，那么标志点的位置由测量任务决定。利用标志点的好处是可以全自动地识别这些三维位置。放置标志点的时候，确保他们至少在3个不同相机位置是可见的。根据相机对物体的分辨率来选择标志点的大小。524定义坐标系如果测量物体的坐标系需要定义，例如，通过321的方法，你可以通过在不同平面放置非编码标志点来达到这个目的。图55说明了一个放置在矩形测量板上的被测量物体的平面、线和点的定义，这个测量板的坐标系由321的方法定义。图55321法确定坐标系汽车的坐标系原点通常在前轮中心。在实际测量中，标志点标记通过一个坐标测量机来测量，然后当定义XJTUDP中的坐标系时，利用这些标志点来输入各自的XYZ坐标值，坐标系会自动在前轮中心。525典型工程1）汽车测量完整测量一个比例为11的汽车，用到11个定向十字尺。图5611的汽车测量2）复杂工件测量图57复杂工件测量3）小型工件测量图58简单工件测量53摄站布置531基本要求理想的拍摄情况是，标尺与物体长度为11（例如物体的最大长度为1M，而标尺的长度也约为1M），同时标尺和物体可以同时被一张照片覆盖。这样的情况下，从多个方向拍摄物体和标尺会有很多的重叠，计算精度会比较高。但是如要要拍摄大型物体，这样的方法就不合适了。对大型物体，一般需要通过“拼接”的方法，在这种情况下，相邻照片会有部分重叠。XJTUDP工程允许添加照片，如果某一个重要的方位漏拍，可以再次补拍并添加到原工程中。下面介绍几种典型的摄站布置方法。532拍摄扁平物体为了测量一个简单扁平的物体，你通常需要8张图片，4张从顶部拍摄的校准图片和4张在侧面每隔大约45度角拍摄的图片，如图59所示。XJTUDP需要校准图片来计算相机镜头的畸变参数和主点位置。图59测量平面物体时的相机移动533拍摄3D物体（14汽车模型）1与测量平面物体一样，首先从上方拍摄4张校准图片,虽然不强制要求，但是推荐这样做，此外，选择一个可以看到尽可能多编码标志点的位置进行拍摄。2接下来是旋转拍摄三维物体，拿着相机保持中间物体的高度（0级），绕着物体走动且每隔45度拍摄一些相片。然后从下面（1级）拍摄同样数目的相片，最后从上面拍（1级），如图510所示。图510测量三维物体的相机移动通过转角处连接图片当测量三维物体的时候，邻近面上标志点最好在同一个图片上。例如，对一个方块物体，从前面只能拍摄方块的2个面（如图511所示），最好的方法是同时拍摄能3个面（如图512所示）。如果方块的一面并不需要测量，仍然需要进行全方外的完整图片的拍摄。你必须在不需要的面上也要粘贴编码标志点。一个完整的图片集要比缺少一个面的图片集更精确。图511相机在方块的正前方，只能拍摄方块的2个面图512在方块的对角拍摄，可以拍摄方块的3个面534拍摄大型3D物体如果你要测量一个大型的三维物体，通常你需要根据物体大小来调整标志点的大小。对一些应用，不能使用大的标志点，例如，如果物体的部分区域将用XJTUOM系统来扫描。这种情况下，用小的标志点来分段拍摄物体。这个过程被成为“拼接”，如图513所示。图513测量大型三维物体时的相机移动标志点的大小和每一块的大小有关，同样和整个物体的大小有关系。在这个例子中，数码相机能拍摄的物体最大的长度大约为3M。测量的物体长度为5M，拍摄的图片在边缘部分会有重叠。对这个拍摄方法，连接图片显得特别重要，例如，从顶部看，图片相互交叉重叠。在计算的时候这些图片避免了误差的积累。54照片拍摄541准备相机、闪光灯按照要求对相机进行参数设置，标准设置在大多数情况下能够得到较好的效果。如果现场情况比较特别，可以根据现场情况进行相应的调整。如果相机内有上次拍摄的照片，请清空存储卡。542拍摄测试照片在大多数情况下，标准相机设置已经足够了，不需要再拍摄测试图片。仅仅是在特殊环境条件下我们才用不同的光圈值拍摄测试图片。以最小的光圈开始到最大光圈结束。为了在XJTUDP应用软件中查看图片时对应的光圈值赋值，一定要记住测试图片的编号。测试图片必须在和测量图片相同的条件下拍摄，物体和相机之间的距离必须保持不变。把测试图片通过存储卡传输到电脑上，然后对照片的曝光情况进行评估。目标是使得白色标志点的亮度处于灰度范围的中间位置。顺序地观察每张图片，在二维图像显示窗口中中放大不同的标志点并进行评估。543拍摄校准照片校准图片是从中间相机位置每转动90度（绕着相机光轴）所拍摄的图片。可以拍摄到尽可能多编码标志点的相机位置。校准图片在一个图片组的开始。图514中4张校准图片用来计算镜头的光学畸变。图514校准图片544拍摄一组图片汽车模型一个图片集由很多连续拍摄的重叠图片组成，对于比例为14的汽车模型，这意味着需要顺时针从一面开始进行几层的连续汽车图片的拍摄。推荐从顶部以90度的视角开始。这个位置比较特殊，用来拍摄4张校准图片。接下来是60度的那一层，然后是30度的。为了避免这种方法产生的累积误差，图片需要有重叠的部位作为过渡，例如，同时拍到右面和左面，或者同时拍到汽车模型的前面和后面。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION16工程建立、3D计算和检测61软件界面介绍双击图标进入XJTUDP点测量软件界面。说明本系统做了严密的加密处理，加密狗正确安装时才能够执行程序，如果安装不正确，程序将无法开启。此时按下“CTRLALTDEL”在WINDOWS系统的进程管理中结束“XJTUDP”进程。在正确安装加密狗和加密狗的驱动后，即可正常运行XJTUDP点测量软件。XJTUDP系统的软件操作界面如图61所示图61系统的软件操作界面系统软件操作主界除了上面的菜单栏、工具栏、下面的状态栏外，中间的主显示部分共分为六个区域1工程区显示工程项目的组成要素，如图片和比例尺。2三维显示区以三维方式显示点云、数模等，还可以选择显示相机位置和标尺。3信息区提示当前阶段的状态信息和统计信息。4二维显示区显示在工程区中当前显示的图片及图片中检测出的点。5数据结果显示区显示图片中点的二维坐标，重建后点的三维坐标数据。6物体点属性区显示在二维图片区或者三维显示区选中的点的ID、坐标、厚度补偿、偏差等信息。XJTUDP软件包括三种模式，通过点击工具栏上的图标或者单击“视图”“系统模式”进行模式切换。1工程模式计算点的三维坐标，坐标转换，建立元素，测量距离、角度等功能。2对比模式将得到的三维点与数模进行对比分析，并生成对比报告。3变形模式可进行物体静态变形的测量，并生成报告。在测量数据浏览区，提供一些操作按钮方便用户对数据进行三维的浏览，图表如图62所示图62测量数据浏览操作按钮默认模式三维旋转，点击后按住鼠标左键、中键；平移，点击后按住鼠标左键、中键、右键；放大缩小，点击后按住鼠标左键、中键、右键拖动；全屏显示。删除点云。几种不同视角的标准视图方式。检测标志点厚度补偿；显示编码物体点；显示非编码物体点；显示不可用图像点；显示可用图像点；显示元素。62图片数据导入将拍摄好的照片组通过USB线或者PCMCIA卡下载到计算机上，建议新建一个目录存储本组照片。传输数据的过程中不要拨USB线或者取下存储卡，否则会损坏卡上的数据。63新建工程在对一组图片进行计算之前，需要先新建一个工程，读入图片组、配置图片拍摄所用的相机参数、标志点参数，并为工程配置比例尺等。点击菜单“文件”“新建摄影测量工程”（或者单击工具栏上的按钮），出现“新建摄影测量工程”对话框，如图63所示。图63新建工程对话框在“名称”栏填入工程名称，系统会生成一个同名子目录来保存本工程的所有数据和工程文件。单击“路径”右则的“浏览”按钮设置本工程存放的根目录。勾选“启动工程参数初始化设置”，点击“确认”，系统会弹出摄影测量参数对话框如图64所示图64摄影测量参数设置对话框首先弹出的是“相机设置”属性页。单击“添加”按钮会弹出相机设置的对话框，如图65所示。点击“新建”相机参数设置对话框中的参数即处于可选或者可编辑状态，其中相机类型是固定的，根据实际使用的相机选择，镜头焦距根据相机使用说明书进行设置，幅面大小可在所拍摄图片的属性中得到，像素大小可根据423节计算。所有的这些参数也可根据表42进行设置。一般情况下，此对话框中的相机参数都是设置好的只需根据实际情况选择相机类型即可。也可在工程建立之后单击“图像组”“设置相机参数”来添加或者编辑相机参数,单击“工程”“工程参数”编辑标志点参数、标尺参数和测量参数。图65相机参数设置对话框在“添加图片复选框中”选择相机拍摄照片在电脑中的存储路径，点击“确定”，在“文件”编辑框中会显示出所添加图片的张数。在摄影测量参数对话框中点击“下一步”即进入“标志点参数设置”对话框，如图66所示。“已有类型”下拉列表中会显示出以系统内建的几种标志点参数，你可以单击“向下”按钮选择本照片组所用到的编码点类型。编码位数由所使用的编码决定；最大半径和最小半径取决于照片组拍摄时相机离目标的距离，椭圆的质量是照片组中不同照片拍摄的标志点椭圆短轴与长轴的比例，最好不要小于01，编码标志点厚度和非编码标志点厚度根据实际的标志点材料进行设置，如果需要进行标志点补偿还需在测量参数对话框中勾选“使用标志点厚度补偿”，详见655。检测强度数值越小，所参加检测计算的点越多，因而计算速度越慢，反之计算速度越快。对标志点参数进行修改后点击保存即可。图66标志点参数设置对话框单击“下一步”进入“标尺设置”对话框，如图67所示。对于新建的工程，对话框中会显示以前工程中使用过的比例尺，单击相应比例尺左边的复选框，被选中的比例尺将被添加到本工程中。也可以在“选择比例尺”复选框中一个比例尺也不选，直接单击“下一步”按跳过本步，在完成全部5个阶段后再“添加比例尺”，见642。图67添加/设置比例尺对话框如果本照片组中使用的标尺在列表中没有，也可以在窗口中空白处单击鼠标右键或者单击“新建”添加新比例尺，或在某标尺上单击鼠标右键修改已有比例尺的参数。如图68所示。在比例尺设置对话框中，应根据照片组中所使用比例尺上标志点的类型来选择第一个选项编码/非编码；如果是编码点比例尺，此时可以第2、3行中分别输入编码点的ID；如果是非编码比例尺，则第2、3行中标志点的ID号则必须等全部5个阶段全部计算完毕后才能确定并输入；第4、5行中输入比例尺的长度，及此长度所对应的温度；最后一行输入比例尺所用材料的膨胀系数，例如对铝质比例尺，系数为224；对因瓦合金比例尺，系数为18。图68添加新比例尺点击“下一步”即可进行测量参数的设置，其中包括测量温度和标志点厚度补偿两项。测量温度即用温度计测量的照片拍摄过程中的环境温度。设置好标志点参数后，单击“完成”，系统就开始执行读入并转换照片等操作，创建一个新的工程。如图69所示图69测量参数设置对话框新建工程完成后，就可以在工程区看到图片及比例尺等信息；在信息区可以看到本工程的统计数据，如图610所示。图610新建工程信息细心的用户会发现此阶段各图片前面的状态标志是，表示到此阶段图片还没有被计算；比例尺前面的状态标志也是，表示到此阶段比例尺也没有被应用。643D坐标的计算641计算流程1自动计算新工程建立完成后，XJTUDP系统已经将图片读入并进行了图片的预处理。这时，你还可以选择“自动计算”功能来完成剩下的四个阶段工作。单击菜单“项目”“自动计算”，系统就开始按顺序执行“标志点检测”“预定向”“绑定调整”“重建非编码标志点”四步运算，计算出图片中标志点的三维坐标，并在“三维点云区”显示以3D的形式显示出来。在“数据区”也显示出物体点的三维坐标数据。以下我们称三维显示的标志点为“物体点”，二维显示的标志点为“图像点”。如图611所示图611自动计算完成后显示图如果工程的图片已经被检测过，系统会提示用户选择是否重新检测图片，如图612所示。图612是否重新进行图片的提示2图像检测如果你没有选择自动计算而是想手动进行分步计算，则需要遵循上述先后顺序，第一步先执行“标志点检测”操作。此阶段检测出图片上的编码点和非编码点。单击菜单“工程”“标志点检测”，系统开始逐幅图像检测图片上的点（按ESC停止检测），在“信息区”显示当前图片检测出的点数目，在“图片区”用十字星标识出检测出来的点。状态栏左侧提示当前正在执行的任务，右侧的进度条提示本阶段计算已完成的比例。图片全部检测完成后，单击“数据区”的图片点标签，可以显示当前图片中点的二维坐标，如图613所示。图613图像检测运算完成图3预定向此阶段计算图片拍摄相机的位置和角度，重建出编码点的三维坐标。单击菜单“工程”“预定向”。状态栏左侧提示当前正在执行的任务，右侧的进度条提示本阶段计算已完成的比例。计算完成后，“三维点云区”显示出重建出来的编码标志点，如图614所示。图614预定向完成后工程区所有参与计算的图片的状态标志变成；状态标志还是的说明本图片的拍摄质量不符合要求，计算时无法使用。4绑定调整本阶段是将预定向阶段的计算结果进行全局优化。单击菜单“工程”“绑定调整”。在“绑定调整”过程中，“信息区”会提示本阶段的执行状态。状态栏右侧的进度条提示本阶段完成的比例。5非编码点匹配本阶段完成非编码点的匹配和重建。单击菜单“工程”“重建非编码点”。图615非编码点重建完成非编码点重建完成后，在“三维点云区”以白色的点显示出来，如图615所示。也可以单击菜单“查看”“物体点显示”“显示非编码点ID”，显示出非编码点的ID号。在“数据区”可以查看每个非编码点的三编坐标。至此，所有点（包括编码点和非编码点）的三维坐标都计算出来了。不过，此时点的三维坐标还是相对尺寸，要想得到绝对尺寸下所有物体点的三维坐标，还必须使用校准过的比例尺，对计算出的三维坐标进行缩放。642使用比例尺如果在新建工程时已经添加了比例尺，它们会显示在工程区，并自动应用到项目中。如果比例尺的状态标志为，表示没有被使用。这时可选中想要使用的比例尺，单击鼠标右键弹出菜单“使用比例尺”；如果要同时使用多根比例尺，按住键盘的CTRL键，单击鼠标左键逐个选中需要的比例尺，然后单击鼠标右键弹出菜单“使用比例尺”。比例尺使用成功后，其状态标志变成，如图616所示。相应的，“数据区”物体点的三维坐标数据也会发生相应变化。图616使用比例尺后如果工程区显示出的比例尺不能满足需要，或者想增加另外的比例尺，你可以通过两种方法1单击菜单“工程”“工程参数”“标尺设置”；2在工程区“比例尺”标题上鼠标右键弹出“比例尺设置”菜单；3在工程区已有比例尺标题处单击右键，点击“添加比例尺”，如图617所示图617添加/删除比例尺“添加/修改比例尺”对话框见图68。注意在工程区对比例尺进行的操作包括添加/删除比例尺或者应用/忽略比例尺等操作只能在工程模式下进行，在对比模式下不能进行相应的操作。65摄影测量工程计算结果的检测和修正651观察工程工程计算完成后，会在3D视图区显示出参考点。在图像输出区显示出已并重建的参考点。在3D视图区或者2D图像区点击鼠标右键，可以选择显示的内容。也可以单击“视图”，在视图菜单中找到相应的显示设置。通过视图菜单还可以对3D显示模式和显示视口进行选择，也可在工具栏中单击相应的图标，图标说明详见61。652检测工程计算的结果如图618所示是工程计算完成后误差的图示，包括主要三个方面工程平均计算精度，标尺误差以及三维点的坐标偏差。工程平均计算精度指所有标志点的重投影误差的平均值，一般小于03像素，如果该数字过大，表明该工程精度较差。标尺误差指标尺的计算长度与其标定长度之间的偏差，一般小于03MM，在标尺的标定数值准确的前提下，如果该偏差过大，说明该工程计算精度较差。三维点的坐标偏差指根据该三维点在所有图片上的重投影误差估算得到的三维坐标偏差，该值并不能代表三维点坐标的绝对误差，只是一个理论误差。但如果所有点的偏差均过大，说明该工程计算精度较差。误差过大时，应考虑如下因素尽量在各个方向上都使用比例尺，整个工程至少需要识别一个比例尺。对于2个已识别的定比例尺，指定和实际的长度之间的误差应该小于01MM。检查是否所有需要的非编码标志点被识别。手动添加未识别的重要标志点。检查是否有误识别的标志点。图618各偏差示意图计算结果中各偏差说明见表61表611此处点的质量是基于相机所拍摄照片的灰度值。灰度值渐变没有大的跳跃被认为具有好的质量。2偏差是根据该三维点在所有图片上的重投影误差估算得到的。如果在测量过程中改点有移动，在此处可明显观察到。3一个图片组的所有点的平均偏差，单位是像素，只有参与捆绑调整的点才被考虑到其中。4标尺误差是标尺的计算长度与其标定长度之间的偏差，单位是MM。5一张图片上所有标志点的重投影误差的平均值，单位是像素。在“结果数据显示区”点击“物体点”标签，能看到所有三维点的信息。一般情况下只能看到点的三维坐标。点击“工程”“绑定调整”“偏差分析”可以看到点的各个方向的误差。点击相应的偏差标题，该项偏差将按照三维点的偏差值有序排列。在二维图片显示区利用鼠标左键选择需要查看的点，则在三维显示区中相应的点以红色显示，在结果数据观察区中的物体点和图像点会加黑显示相应点的信息，在关联点中则会显示出改点出现的所有图像的信息。653检测之后添加新的图片组、图片观察三维显示区中所计算出来的所有参考点，如果在某些区域参考点不够，则可以向工程中添加图片组。添加图片组之前需要将工程所处的模式转换到“工程模式下”，然后点击“图像组”“添加图像组”添加图片组或者单击“图像”“添加图片”，如图619所示，在添加图片组的时候需要所参加图片组的相机参数进行设置，详见63。注意添加图片组之后需要重新计算整个工程。图619添加图片组654删除参考点一般情况下不会删除参考点，但是在测量环境不理想时，光滑的表面在闪光灯下可能会被识别为参考点因而会产生出三维的物体点。这些点会整个测量结果造成误差。如果这些错误的二维点最终被识别计算为三维参考点，则需要将这些点删除。在三维显示区或者物体点下拉列表处选择相应的点，单击鼠标右键，会弹出一个快捷菜单，点击“删除”即可。655参考点的厚度补偿由于所使用的编码点和非编码点都具有一定的厚度，如果单独使用标志点的三维坐标作为检测数据，那么就需要在计算完成后，对使用到的标志点进行厚度补偿。而仅使用标志点做为全局拼接基准的，可以不进行标志点厚度补偿。如果在新建工程中已输入标志点的厚度（初始默认值为0，即不补偿），则在计算过程中会自动完成补偿运算。如果没有，可以单击“工程”“工程参数”“标志点设置”，分别设置编码点和非编码点的厚度，标志点厚度设置对话框见图66所示。设置完成后单击测量参数属性页，勾选“使用标志点厚度补偿”。系统会进行补偿运算，并刷新“数据区”的三维坐标数据。66测量点距工程计算完成后，如果需要测量3D视图区任意两点之间的距离，可以直接点击“工具”“测量点距”或者单击工具条上的图标，即会弹出点距测量对话框。CTRL鼠标左键在3D视图区单击要测量的点，在点距测量对话框中即会显示出两点之间的距离。如图620所示图620点距测量67坐标转换为了能够使用工程计算出的三维点，例如导入到XJTUOM中作为全局点或者数模比对时，需要将三维点转换到一个特定的坐标系下。坐标系用三个数值（X、Y、Z坐标值）准确描述一个点在空间中的位置，三个坐标值都为0的点称为坐标原点。在XJTUDP系统中有四种坐标转换的方法321转换、参考点拟合、全局点转换和矩阵转换，下面将对每一种转换方式做详细叙述。671321转换321是指三个三维点（Z1、Z2、Z3尽量分布较远并且不在同一直线上）定义一个平面，两个另外的点（Y1、Y2分布尽量远）定义一条直线，另外一个三维点（X）描述一个点。321转换中ZZZYYX方式三个Z三维点定义平面Z。另外两个Y三维点定义平面Y，X点则定义了X平面，三个平面的交点即为坐标系的原点。如图621所示图621321坐标转换以汽车为例说明图622汽车的321坐标系图623321转换确定Z平面Z轴方向的定义（正或负）依赖于定义的三个参照点的顺序。图624321转换确定Y平面Y轴（正或负）的方向依赖于两个Y非编码点的顺序。图625321转换确定X平面672参考点拟合参考点拟合是指将整个工程中的参考点与外界导入的参考点进行自动匹配拟合，拟合的原则是位置相似度最高的点视为相同点，则将工程转换到与参考点相同的坐标系下。673全局点转换全局点转换是指将工程中的编码点与导入的全局点进行匹配，将相应的点坐标置为相同，然后确定整个转换矩阵，从而实现将工程坐标转换到全局点坐标系下。674矩阵转换在已经确定转换矩阵的前提下，输入转换的旋转、平移和缩放矩阵实现坐标系的转换。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION17数模比对71概述数模比对是指将得到的三维点与数模进行对比分析并创建对比报告。数模比对需要将工程模式设置为比对模式。在该模式下可以进行元素和分析的创建。比对的结果将在三维显示区以一定比例的线段和色谱图显示出来。此结果偏差是指所选择的每一个三维点到CAD模型表面的最短垂直距离。72成功比对的前提向工程中导入CAD数据，本软件支持IGS,IGES,STL,STEP四种格式的模型。测量工程所得到的三维点数据需要置于CAD模型所在的坐标系统下。在三维显示区中选择你所希望比对的点或者区域。输入比对最大偏差。最大比对偏差定义了比对点距离CAD模型的最远距离。大于该偏差的点将不与CAD模型进行比对。如果将该值设置得过大，对于复杂的工件，计算得到的三维点CAD数据不能很好的比对。如果比对是基于参考点的，需要考虑参考点的厚度补偿，详见65573比对过程731导入数模点击菜单“文件”“导入数模”或者在工程区“数模”处单击鼠标右键点击“导入数模”，弹出打开数模对话框，如图71所示，可以选择导入STL格式，IGS，IGES格式或者STEP格式的数模文件。图71打开数模对话框导入之后，点云与数模不是对齐的，点击菜单“工具”“坐标转换”“321转换”，利用321对齐进行对齐，详见66。732编辑数模数模比对过程中，外界导入的数模表面的方向可能是反的，此时需要选择反向的面片，将已选择的面片法向调整为正确的法向。单击“视图”“面片选择方式”，可以设置选择单个面片或是面片簇，如图73表示面片簇选择图72选择面片簇733比对计算单击“工程”“三维比对”，会弹出比对设置对话框，如图73所示，在此处设置最大比对偏差（详见72）单击确定，系统会自动开始进行数模比对。图73设置比对最大偏差734结果观察1添加变形域单击“分析”“变形域”“添加”，会弹出变形域点信息列表，在三维视图区利用鼠标左键或者在工具栏上单击然后在三维视图区框选要比对的三维点，然后在变形域点信息列表的列表空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击“添加选择点”，如图74所示。在列表中会出现选择点的信息，单击“创建”，则创建了一个变形域。在工程信息区的变形域处会出现已创建的观察域信息。图74添加变形域也可以在弹出的快捷菜单中单击“添加”，此时会弹出添加观察域点对话框，如图75所示。在此对话框中可以添加已有的物体点、元素点、圆心或者球心，只需在ID编辑框中输入相应点的ID即可。图75添加观察域点对话框三维比对计算完成后，点击“分析”“变形域”“激活显示”或者在工程信息区在“观察域处”单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击“激活显示”，比对的偏差会在三维显示区中以色谱图的方式显示出来，如图76所示图76比对结果显示2结果观察显示三维比对计算完成后，点击“分析”“变形域”“属性”或者在工程信息区在“观察域”处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击“属性”，会弹出变形域属性对话框。如图77所示图77变形域属性设置类型显示的偏差类型，分为DX、DY、DZ、DE四种，分别表示X、Y、Z方向和三维的偏差。线宽、缩放比例、点大小、箭头大小视图区中比对显示结果的设置。显示方向、显示箭头视图区中比对结果显示的内容。使用约束一种显示模式。如果不适用约束，色谱就只有最大值和最小值是一种均分模式；约束模式下，色谱会分区段显示，约束内的分段，约束外的不分段。“最大正偏差”、“最大负偏差”表示色谱图颜色栏的范围，“最小正偏差”、“最小负偏差”表示蓝色栏绿色段的范围。3添加评估图像组观察比对的结果，如果发现某些想要观察比对结果的区域没有相应的参考点信息，可以对相应的区域添加新的图片或者图片组，详见653，该方法添加新的图片组之后需要对整个工程进行重新计算。在工程模式下单击“图片组”“设置评估图像组”，然后切换到比对模式，单击“工程”“评估图像组”“添加评估图像组”或者“工程”“评估图像组”图像”“添加图片”添加图像组或者单个图片，如图77所示。然后单击“评估图像组”下的自动计算或者分步计算，将对新添加的图片进行计算，但此计算过程是在已经计算好的工程参数下，不再对整个工程进行重新计算。也就是说重新添加的图片信息不影响之前已经计算出来的物体点等信息。经过评估图像组计算出来的三维点称为特征点。图78添加评估图像组74工程匹配工程匹配是指将软件中的两个数模比对工程的坐标调整为一致。有两种方式手动匹配和自动最优匹配。手动匹配是指通过人眼观察指定两个工程中类似点进行匹配。自动最优匹配时指软件根据两个工程的参考点情况，将相似度最高的点匹配在一块，实现自动最优匹配。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION18元素和分析81元素元素是用户自己定义的三维对象，主要包括点、线、面、圆、槽孔、矩形孔、球、圆柱、圆锥等。点击菜单“元素”，可以看到各种元素的子菜单，如图81所示图81元素类型选择各种元素的创建主要是基于重建的三维点以及已经创建的其它元素，对其中用到的三维点和元素，除了编辑点之外，都是用鼠标在三维空间内进行选择。例如要创建点元素，点击菜单“元素”“点”“点”，则会出现如图82所示对话框。这时候，可以通过CTRL鼠标左键来选择三维点或者已经创建的元素，也可以点击下拉菜单中的点来编辑点，如图83所示。注意如果是拟合点、直线、圆等元素的时候，选择点的时候需要点击工具栏上的，然后点击对话框中的“更新”才能拟合出相应元素，如图84所示。图82创建点元素图83编辑点图84拟合点元素选择了点之后，在三维视图空间会出现元素的预览，如图85所示。点击“创建”则创建该元素，点击“关闭