基于线结构光的单目视觉目标位姿测量研究

摘要

视觉测量广泛应用于无损检测、工业自动化生产线、视觉导航、3D四轮定位等各个领域。结构光视觉测量是一种典型的视觉测量方法。结构光测量精度受图像特征点提取精度、标定方法、系统结构参数和测量硬件设备等诸多参数的影响。本课题采用理论分析和实验验证相结合的方法从特征提取，结构参数优化及数据处理三方面入手，以提高结构光目标位姿测量系统的测量精度为目标，平面板件和汽车车轮为实验测量对象，研究了提高结构光传感器目标位姿测量精度的方法，主要内容包括：
　　（1）结构光测量方法分析研究。主要阐述了结构光目标位置测量系统的组成及测量原理，结合单目视觉和结构光的理论知识，建立结构光视觉测量模型，并分析出影响结构光测量精度的因素，对后续测量精度优化仿真及实验分析奠定了基础。
　　（2）图像特征点处理方法研究。主要阐述了图像预处理方法，特征光条提取方法和靶标角点提取方法。然后结合结构光图像的特点，提出了一套提取图像特征点的方法。在光条中心线附近设置初始模型，将高斯模型作为模版，对光条的初始模型进行能量最优解求取，实现光条中心的提取。该方法通过光条的中心几何信息结合光条灰度进行计算，可有效抑制噪声的影响，且具有较强的光条断线修补能力，提取的光条中心具有亚像素级精度。通过仿真及实验证明该方法抗噪声程度好、提取效果理想。
　　（3）结构光测量系统的标定及结构参数优化。首先对相机标定的方法和光平面标定的方法进行介绍，经一系列实验对比，选定一种合适的相机内部参数标定方法。对影响测量精度的系统参数（相机内部参数，特征点提取精度，系统结构参数）进行仿真分析并对系统结构参数进行优化。
　　（4）位姿测量的实验验证。在以三坐标测量机为基础构建的实验平台上，对本文的研究内容进行了实验验证，结果表明，本文方法的位移最大偏差和角度最大偏差分别为0.08mm和0.1度内。本文方法精度较高，可满足工业测试的要求。

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第一章 概论

1.1 课题来源及意义

1.2结构光视觉测量概述

1.3国内外研究发展现状

1.4论文主要研究内容

第二章 结构光视觉测量系统原理

2.1 结构光视觉测量系统组成

2.2 系统成像原理

2.3 线结构光测量模型

2.4 结论

第三章 特征提取方法

3.1图像特征光条分割

3.2 光条中心提取方法

3.3 角点提取方法

3.4 结论

第四章 结构光视觉测量系统标定方法研究

4.1相机标定

4.2结构光平面参数标定

4.3 结论

第五章 实验与结果分析

5.1 测量流程

5.2 平面板件的位移实验

5.3 平面板件的转角实验

5.4 车轮转角实验

5.5 结论

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 论文工作展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间参研项目和科研成果