飞机在机场调运过程中,若稍有不慎,发生碰撞事故,必然会造成重大的经济损失及人员伤亡。因此,研究机场避碰系统,对于预防机场上事故的发生具有重大的意义。同时,新兴的摄像测量技术,可以为机场避碰系统的研制提供良好的解决方案。本文依据作者在工程项目“机场调运避碰系统辅助设施研究”中所搭建的摄像测量系统,对摄像测量技术在机场中的应用做了深入的研究,并进行了实物验证试验。第一章绪论,对本文的研究背景、涉及的关键技术、国内外研究现状以及本文的主要创新点进行了介绍。第二章介绍了摄像机内参矩阵的元素、摄像机成像模型、机场测量环境中可以采用的摄像机内参标定方法和防护玻璃对测量摄像机的影响。其中,建立摄像机的模型是摄像测量的基础,通过摄像机模型的建立,可以了解摄像机内部的几何结构以及光线在摄像机内部的传播路径,进而为摄像测量原理的理解提供帮助。在机场测量环境中,可以针对不同情况对摄像机内参单独进行标定。如果测量摄像机视场内有足够多的控制点,可以采用现场标定的方法。若摄像机视场内没有足够多的控制点,只能提前在实验室或标定场对摄像机内参进行标定。户外测量摄像机需要加装防护玻璃,防护玻璃对摄像机的内参也会有一定的影响。本文研究了加装防护玻璃后的摄像测量模型,并给出了相应的解算公式。在本章最后对之前介绍的标定内参的不同方法进行了实物仿真实验,验证它们标定的精度。第三章对摄像机位姿估计技术进行了详细的研究。摄像机位姿估计技术具有很高的研究价值,通过摄像机位姿估计可以将摄像机的外参解算出来,最具有代表性的算法是正交迭代算法。但如果摄像机视场内只有两个控制点,摄像机位姿估计技术将不再适用,针对这种情况,本文提出了一种在已知光心和两个控制点坐标情况下基于罗德里格斯旋转矩阵的摄像机位姿估计优化算法,并且进行了仿真实验,和正交迭代算法的精度进行了对比。第四章介绍了基于角锥体的单目摄像测量优化方法。摄像测量一般采取双目或多目交会测量的方式,通过两个或两个以上摄像机到目标的射线解算出目标位置;采用单目测量的方式对目标进行测量,则必须附加多余的信息。本文采用单目测量方法,提前测量目标高度,再利用共线方程法测量待测目标的初值,最后用角锥体方法对测量结果进行优化。传统的角锥体方法至少需要在测量摄像机视场内有三个控制点对目标点进行优化,本文提出了一种改进的角锥体方法,原理是利用摄像机光轴代替一条射线,使得视场内两个控制点就可以实现对目标的调整。在本章最后对改进的角锥体方法的测量精度进行了分析。第五章介绍了本文在机场调运避碰系统的搭建中所做的相关工作。机场避碰系统是一个大型系统,本文只针对其中的测量部分进行了研究。测量时针对每台摄像机不同的情况采用不同的摄像机标定、位姿估计和目标测量方式。当测量摄像机视场内只有两个控制点的时,可以采用在实验室提前标定内参,在测量现场采用基于罗德里格斯旋转矩阵的位姿估计优化算法和改进型角锥体方法进行位姿估计和优化目标测量初值;当视场分布了四个控制点可以采用光心+四控制点方法标定出摄像机的内外参数,并用正交迭代算法提高摄像机位姿估计的精度。。