大尺寸几何量立体视觉测量方法研究

摘要

大尺寸几何量测量是航空、航天、造船、风电、雷达等先进制造领域产品质量检测的重点和难点。针对目前通用测量方法存在测量效率低、成本高、操作繁琐等不足，本文结合机器视觉测量的诸多优势，研究了基于双目立体视觉的转站式大尺寸几何量测量方法。
　　论文首先根据摄像机透视成像模型，并针对大尺寸几何量测量的实际应用特点，提出了基于张正友平面标定法和主动视觉标定法融合的双目摄像机标定方法。利用该方法准确标定了摄像机内部参数和系统结构参数，并通过试验验证了该标定结果的正确性。同时，为了克服视觉测量鲁棒性差的缺点，论文采用在工件表面粘贴圆形靶标的辅助测量方法实现大型工件的立体视觉测量。其中，采用圆形度阈值法进行圆形靶标的识别，采用周线拟合法获得靶标圆心位置，并通过试验对多种方法进行了对比分析。
　　针对传统密集相似靶标匹配正确率低的缺点，本文利用透视投影下交比不变的特性，提出了极线约束条件下基于交比不变特性的靶标匹配方法，并通过试验验证了该方法的优势。接下来，通过仿真试验分析比较了三点拼接法、SVD法和单位四元数法在求解坐标系转换矩阵时的抗干扰能力和求解精度方面的差异，确定以空间距离约束法获得空间匹配点对、以SVD法求解各局部坐标系下点云数据间的变换矩阵，实现了各局部点云数据坐标系的统一。
　　最后，论文通过大型工件曲面形貌检测试验和长度测量试验验证了本文提出的大尺寸几何量立体视觉测量方法的可行性和准确性，并对系统测量误差进行了分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 大尺寸测量的研究现状

1.3 课题主要研究内容

1.4 论文各章节安排

第二章 摄像机标定

2.1 摄像机标定概述

2.2 双目视觉测量系统的标定

2.3 相机标定精度验证

2.4 景深对测量结果的影响

2.5 本章小结

第三章 特征点识别与定位

3.1 特征选择

3.2 圆形特征点的识别

3.3 圆形特征点的定位

3.4 圆形特征点中心定位误差分析

3.5 本章小结

第四章 双目特征点匹配

4.1 极线约束

4.2 基于交比不变性的特征点匹配

4.3 匹配试验

4.4 本章小结

第五章 空间点坐标计算及数据拼接

5.1 双目视觉中目标点的空间坐标计算

5.2 基于距离约束的三维点匹配

5.3 三维数据拼接方法

5.4 本章小结

第六章 立体视觉测量实验

6.1 双目视觉测量系统的构成

6.2曲面形貌测量实验

6.3 大尺寸测量实验

6.4测量系统误差分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 课题总结

7.2 课题展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录 1曲面工件标志点测量点云数据