线结构光视觉检测系统的标定与测量研究

摘要

随着现代工业技术的发展，三维测量技术在测量领域的研究越来越备受关注。其中，结构光三维视觉检测具有精度较高、大量程、光条信息易于提取等优点，特别是对于易变形的、轮廓为曲面的物体的测量具有更重要和广泛的应用。
　　结构光视觉检测是非接触式的，在检测过程中，激光器发射出的结构光照在被测物体表面，结构光光条会随着物体表面深度的变化而变化，即产生畸变。畸变的结构光二维图像中包含激光器和摄像机间的相对位置关系以及被测物表面的深度信息，结构光视觉检测的任务就是通过提取结构光光条中心的位置来获得这些信息。结构光光条中心位置的检测是结构光视觉检测技术中的一个关键环节，所以结构光光条中心提取的精度会直接影响整个结构光检测系统的性能。
　　由于在结构光三维视觉检测系统中，摄像机的标定也是整个测量系统中的关键技术，所以文章先对标定进行了研究，对各种摄像机标定方法和光平面标定方法的原理及其优缺点一一进行了分析和探讨。
　　在结构光三维视觉检测系统中，光条中心的提取精度直接影响到整个测量系统的测量精度。本文针对检测系统中提取光条中心精度不高的问题，提出了一种新的结构光光条中心提取的方法。该方法在高斯曲线拟合法的基础上进行改进，根据实际光条中光强呈近似高斯分布的情况，在拟合过程中，对影响曲线拟合的饱和点加以处理后再进行拟合，从而使拟合出的曲线更接近理想的高斯曲线，进而通过确定更理想的拟合曲线的中心坐标来确定光条中心的位置。实验结果表明:这种改进后的高斯曲线拟合法与之前的相比，不仅提高了光条中心提取的精度，还具有更好的抗噪性。从而验证了该方法可以有效的获得光条中心，提高三维检测系统的精度。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 结构光的视觉检测

1．2．1 线结构光法简介

1．2．2 结构光的模式

1．3 结构光视觉检测技术的应用

1．4 线结构光视觉检测国内外研究现状

1．5 本文主要工作

第二章 摄像机的标定

2．1 摄像机的成像模型

2．1．1 模型中的坐标系

2．1．2 小孔成像模型

2．1．3 摄像机的成像模型

2．2 摄像机标定方法

2．2．1 线性标定法

2．2．2 非线性优化标定方法

2．2．3 两步标定法

2．3 本章小结

第三章 线结构光传感器的标定

3．1 线结构光传感器的原理与模型

3．1．1 结构光三维视觉原理

3．1．2 线结构光传感器的数学模型

3．2 常见的光平面标定方法

3．2．1 拉丝法

3．2．2 齿形靶标法

3．2．3 基于交比不变性

3．2．4 基于共面靶标标定法

3．3 本章小结

第四章 线结构光光条中心的提取方法

4．1 光条中心提取方法综述

4．1．1 边缘法

4．1．2 几何中心法

4．1．3 极值法

4．1．4 阈值法

4．1．5 细化法

4．1．6 灰度重心法

4．1．7 方向模板法

4．1．8 Hessian矩阵法

4．1．9 曲线拟合法

4．2 —种改进的光条中心提取方法

4．2．1 算法原理

4．2．2 光条中心提取实验

4．3 本章小结

第五章 实验方法及结果

5．1 实验设备

5．2 摄像机标定实验

5．3 光平面标定实验

5．4 尺寸测量精度验证实验

5．5 本章小结

第六章 总结

6．1 本文工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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