结构光三维视觉测量系统标定方法研究

摘要

三维物体形状测量在机器人视觉、工业产品在线检测等方面具有重要意义。结构光三维视觉测量系统因具有非接触、速度快、适合在线检测等优点，得到迅速发展。任何一种结构光测量系统均需要标定。 本文是在研究了国内外结构光三维视觉测量系统的发展现状和标定方法之后，提出的一种新的标定方法。用专用细丝在测量系统的二维测量截面内以标准正交网格的模式移动，将测量截面划分为标准网格区间。对每一个网格节点进行亚像素处理，在相邻的网格区间节点上用标准差值对照法确定分段线性直线方程。以此直线方程校正网格区间内的系统测量坐标。在系统的测量截面内，同一组网格节点可以同时标定出各个子系统。通过坐标变换完成整个系统标定。本文的主要工作如下： 1.根据测量系统的工作原理，建立了整个系统的数学模型，给出了系统量程参数指标。 2.对于在系统标定中所需要的亚像素定位技术原理进行了的分析，研究了矩法中的形心法和灰度重心法，及其它相关算法。 3.设计了系统标定方法，给出了详细的标定步骤和实验数据，最终得到系统测量结果。 通过标定实验显示，这种方法简单可靠、速度快、无须迭代。在不需要高精度的实验设备的条件下，本文系统在100mm的深度测量范围内，测量误差小于0.2mm。本文研究成果在诸如电缆芯线、光纤类产品、汽车密封条生产线上实时检测等方面具有重要的应用价值和经济效益。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外结构光三维测量技术发展现状

1.2.1国内结构光三维测量技术现状

1.2.2国外结构光三维测量技术现状

1.3国内外结构光三维测量系统标定现状

1.3.1结构光测量系统直接标定方法现状

1.3.2结构光测量系统间接标定方法现状

1.4本课题的来源和研究内容

第2章测量系统数学模型与装置

2.1测量系统组成

2.2测量系统数学模型

2.2.1子系统数学模型

2.2.2系统数学模型

2.3测量系统量程参数

2.4测量系统机械结构装置

2.5本章小结

第3章亚像素定位技术研究

3.1亚像素定位原理及选用条件

3.1.1亚像素基本原理

3.1.2亚像素算法的选用条件

3.2亚像素定位算法研究

3.2.1矩定义

3.2.2形心法和灰度重心法

3.2.3空间矩边缘定位法

3.2.4多项式插值边缘检测法

3.2.5双线性插值灰度平方加权质心法

3.3本章小结

第4章系统标定方法与实验

4.1测量系统标定装置

4.2测量系统标定方法

4.3测量系统标定过程

4.3.1图像节点的亚像素定位

4.3.2被测节点坐标校正

4.3.3截面Z坐标值和Y坐标值标定

4.3.4截面坐标分块标定

4.3.5整个系统坐标变换

4.3.6子图像的拼接

4.4整个系统标定后的测量实例

4.5测量系统标定结果

4.6本章小结

结 论

参考文献

在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢