一、V-STARS系统概况

二、系统组成(2.2智能多相机系统V-STARS/M)

3.1单相机摄影测量过程

3.2双相机测量过程

四、V-STARS系统技术特点

五、应用(国内相关代理)

一、V-STARS系统概况

V-STARS（Video-Simultaneous Triangulation and Resection System）系统是美国GSI公司研制的工业数字近景摄影三坐标测量系统。该系统主要具有三维测量精度高（相对精度可达1/20万）、测量速度快和自动化程度高和能在恶劣环境中工作（如热真空）等优点，是目前国际上最成熟的商业化工业数字摄影测量产品。

V-STARS系统可采用脱机和联机二种测量方式，即单相机系统和双（多）相机系统，如图1。根据采用不同的相机又可以分为V-STARS/S（智能单相机系统）、V-STARS/E（经济型单相机系统）和V-STARS/M（智能多相机系统。

二、系统组成

2.1智能单相机系统V-STARS/S智能单相机系统目前的最新型号为V-STARS/S8，主要包括1台测量型数码相机INCA3、1台笔记本电脑（含系统软件）、1套基准尺、1根定向棒、1组人工特征标志点（定向反光标志。

INCA（INteligent CAmera）是GSI公司自主研制的测量型智能相机，它采用高分辨的CCD芯片获取图像，内置单片机可以实时对所拍摄的像片进行无损压缩、标志点识别等处理工作，稳固的整体机身专为工业现场而设计，表1是最新型号INCA3a的主要技术参数。

分辨率　80 MPixel（3500×2300）

CCD尺寸　35mm×23mm

像素大小　10μm

焦距　21mm

视场角　77°×56°

处理器　Intel 500 MHz Pentium II CPU

内存　512Mb

像片压缩比　>10:1

重量　<2kg（包括镜头、电池和闪光灯）

接口　有线、无线数据传输；离线存储卡

闪光灯　环形、全自动

电源　6~15V，标准Sony摄像机电池

外形尺寸（长、宽、高）　125 mm×210 mm×135mm该系统主要用于对静态物体的高精度三维坐标测量，测量时只需要手持相机距离被测物体一定距离从多个位置和角度拍摄一定数量的数字像片，然后由计算机软件自动处理（标志点图像中心自动定位、自动匹配、自动拼接和自动平差计算）得到特征标志点的X、Y、Z坐标。

V-STARS/S8系统的典型测量精度（1倍sigma）由原来的5微米＋5微米/米（采用INCA3相机）已提高到4微米＋4微米/米（采用INCA3a相机），即10m范围的测量精度达到0.044mm。

2.2智能多相机系统V-STARS/M

智能多相机系统目前的最新型号为V-STARS/M8，它可以采用2台或2台以上的INCA相机，其最为常用的是双相机系统，主要包括：2台测量型数码相机INCA3、1台笔记本电脑（含系统软件）、1套基准尺、1根定向工棒、1套辅助测棒、1组人工特征标志点和1套联机附件（相机脚架、电缆线和控制器）。双相机测量时通过软件控制相机拍摄像片，可以同时测量被测物体上的特征标志点集、也可以通过辅助测量棒实现单点测量，尤其适合隐藏点测量。由于是通过控制器控制相机同步曝光，故该系统尤其适合动态物体的测量，包括变形测量。另外，采用了整体光线束法平差技术，当相机脚架处于不稳定环境（如振动）中时也可以实现高精度测量。

V-STARS/M8（双相机）系统的典型测量精度为10微米＋10微米/米。

3.1单相机摄影测量过程

(1) 方案设计：整体测量方案设计，包括相机选型、摄影距离、像片数量等；

(2) 粘贴标志：在待测工件上粘贴摄影反光标志；

(3) 拍摄照片：用手持相机，从不同位置和角度对工件表面的标志点进行摄影，图7；

(4) 图像处理：标志点图像特征的自动提取与标志中心的自动定位；

(5) 坐标计算：对像点进行自动匹配、自动拼接和光束法平差计算，解算相机位置、姿态以及标志点的3维坐标；

(6) 几何分析：利用特征标志点的3维坐标进行一系列几何分析与计算。

3.2双相机测量过程

双相机有两种测量模式：对待测物体上特征标志点同时摄影实现多点同时测量；通过辅助测棒实现逐点测量。

(1) 方案设计：整体测量方案设计，包括相机摆放、摄影距离、测量方式等；

(2) 系统定向：也称系统外部参数标定，通过对一定数量的空间标志点和基准尺摄影与数据处理，解算出两台相机间的位置和姿态关系；

(3) 拍摄照片：软件控制双相机同步拍摄被测物或测棒上的标志点的像片（图8）；

(4) 图像处理：标志点图像特征的自动提取与标志中心的自动定位；

(5) 坐标解算：通过前方交会解算出标志点的3维坐标，如果使用测棒，则进一步计算出测头的坐标；如果场地不稳定，还可以进行整体平差计算进一步优化相机位置、姿态以及标志点的坐标；

几何分析：利用特征标志点的3维坐标进行一系列几何分析与计算。

四、V-STARS系统技术特点

(1) 非接触式测量方式：光学摄影，测量时不需要接触被测对象；

(2) 测量对象大小不受限制：采用自动拼接与整体平差解算技术，最低限度减弱拼接带来的误差累积，测量对象从0.2m~100m，几乎不受限制；

(3) 测量点数不受限制：一张像片上的所有点均同时测量，测量100个点与10000个点的时间几乎一样；

(4) 对测量环境要求低：

（a）对现场摄影的空间要求极低（最小只需0.2m），只要能拍照的地方就可以进行测量；

（b）现场摄影时间很短，几乎不受温度等变化的影响；

（c）对于双（多）相机系统，场地不稳定（如振动）或被测物不稳定（抖动、变形）均可以进行测量。

五、应用

在国外，自1978年以来，V-STARS系统已在航空制造、航天产品研发、重大装备产品生产中得到广泛点应用，如航空制造业（波音、空客）、航天产品研发（火箭、航天飞机）、天线制造（通讯天线、雷达反射器）、汽车制造和重工业等。

自2005年被引进中国大陆以来，V-STARS系统已在航天、航空、通讯等领域迅速应用并发挥了巨大优势。如本文作者等利用该系统对某精密模具点检测、大型地面通讯天线、行载柔性天线型面以及大飞机外形的测量。

国内相关代理

V-STRAS系统的中国总代理是郑州辰维科技股份有限公司，负责产品推广与销售。该系统是基于数字摄影的大尺寸三坐标测量系统，也称为工业摄影测量系统、数字近景摄影测量系统、数字近景摄影视觉测量系统、数字摄影三维测量系统、三维光学图像测量系统。