基于双目视觉的零件多尺寸在线测量方法研究

摘要

随着中国制造2025的推进，工业上对产品的自动化程度要求日益增高，本文针对零件的自动化测量需求，提出基于双目视觉的在线测量技术。本论文主要包括以下内容:
　　在深入研究经典的张正友标定法基础上，针对影响双目摄像机标定精度的关键点展开了细致的分析与讨论，设计了一款基于实心圆点标志引导匹配的平面标定板，并通过实验验证了该标定板相对于传统标定板的优越性，同时提出了一种基于两步RANSAC算法的改进的摄像机标定法，并针对改进的标定方法设计了双目摄像机的标定流程。
　　在零件轮廓特征的检测方面，采用Canny算子作为零件轮廓特征的检测工具，并分别从数学推理上以及高斯金字塔两个方面对Canny算子进行了加速优化改进，并针对Canny算子无法同时具备较高的边缘定位精度和噪声抑制能力的缺陷，将边缘聚焦思想与Canny算子相结合，并通过实验验证了该方法的有效性。
　　在零件轮廓特征的匹配方面，在研究了常用匹配方法及匹配约束的基础上，设计了一种基于极线阈值约束的灰度相关边缘匹配方法，该方法结合了区域匹配速度较快与特征匹配准确度较高的优点，并通过实验验证了该方法的鲁棒性。
　　在对双目视觉测量的关键性技术深入研究的基础上，搭建了一套模拟工业流水线生产的零件多尺寸在线测量系统，设计了双目摄像机及光源的同步外触发电路，最后将本论文在视觉测量各个环节中改进的算法应用到该测量系统中，实验结果表明该在线测量系统具有测量精度较高、重复性误差较小的优点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 视觉测量的发展现状

1．3 双目视觉的三维测量原理

1．3．1 视觉测量常用坐标系的变换关系

1．3．2 标准双目视觉三维测量模型

1．3．3 一般双目视觉三维测量模型

1．4 双目视觉在线测量关键性技术分析

1．5 本文的主要研究内容及结构安排

第2章 双目测量系统摄像机标定方法研究与改进

2．1 引言

2．2 摄像机标定方法概述

2．3 双目摄像机标定原理

2．3．1 摄像机线性模型

2．3．2 摄像机畸变模型

2．3．3 双目摄像机标定模型

2．3．4 双目测量系统的标定参数

2．4 双目摄像机标定方法的分析与研究

2．4．1 张正友摄像机标定理论

2．4．2 影响双目摄像机标定精度的关键点分析

2．5 双目摄像机标定方法的设计与改进

2．5．1 基于实心圆点标志引导匹配的平面标定板设计

2．5．2 基于两步RANSAC算法的摄像机标定方法改进

2．5．3 基于改进算法的双目摄像机标定流程设计

第3章 零件轮廓特征的快速高精度检测方法研究

3．1 引言

3．2 常用的边缘检测算子分析与对比

3．2．1 基于一阶导数的边缘检测算子

3．2．2 基于二阶导数的边缘检测算子

3．2．3 Canny边缘检测算子

3．2．4 边缘检测实验效果对比

3．3 Canny边缘检测的加速改进

3．3．1 基于数学推理优化的Canny算子加速改进

3．3．2 高斯金字塔多分辨率加速思想

3．4 结合边缘聚焦思想的高精度Canny边缘检测

3．4．1 Canny算子边缘定位精度分析

3．4．2 结合边缘聚焦思想的边缘检测方案设计

3．4．3 实验效果验证

第4章 零件轮廓特征的快速鲁棒匹配方法研究

4．1 引言

4．2 立体匹配的方法概述

4．2．1 基于区域的立体匹配方法

4．2．2 基于特征的立体匹配方法

4．2．3 基于相位的立体匹配方法

4．3 立体匹配的约束条件

4．3．1 对极几何和基本矩阵

4．3．2 常用的立体匹配约束条件

4．4 基于极线阈值约束的灰度相关边缘匹配方法设计

4．4．1 双目摄像机极线校正

4．4．2 灰度相关匹配算法的设计

4．4．3 搜索阈值的确定

4．4．4 亚像素视差精化

第5章 基于双目视觉的零件多尺寸在线测量实验设计

5．1 双目视觉在线测量系统的搭建

5．2 双目摄像机及光源外触发电路设计

5．3 双目视觉在线测量实验设计

5．3．1 实验具体流程

5．3．2 双目摄像机参数标定

5．3．3 零件的多尺寸在线测量实验

5．3．4 实验结果分析

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录