基于激光扫描与拼接的热态大型锻件视觉测量方法研究

摘要

随着现代工业技术的迅速发展,大型锻件的生产变得日益重要。大型锻件的尺寸是锻件生产中必须及时检测的一项重要指标。长期以来,在锻造过程中对高温锻件尺寸的测量采用人工目测的方法,造成锻件尺寸一般都比规定值多出较大的余量(锻件平均损耗量为15％)。本文的研究目的是采用双目立体视觉技术,构建热态大型锻件的非接触视觉测量系统,以改变大型锻件恶劣生产环境下,测量技术落后、测量误差较大的现状。
　　 针对被测对象表面热态特点,采用绿色一字线激光器扫描的方式,解决了立体视觉对应点匹配的问题；针对被测对象轴向尺寸大的特点,采用数据拼接的方法,解决了多站多段数据的坐标统一问题。
　　 在分析相机各种标定方法的基础上,采用张氏平面标定法,从单个相机的标定推广到立体视觉系统的标定,在Matlab开发环境下,实现了本文视觉测量系统的较高精度标定。
　　 采用了数字滤光技术,消除了强光干扰的影响；采用中值滤波技术,消除了随机噪声影响；通过分段灰度线性变换,有效改善图像质量；通过畸变修正,消除了畸变误差；端线特征采用Canny边缘检测的方法提取特征边缘,截面光束则采用固定阈值化、形态学腐蚀、细化处理的方法提取特征中心骨架；采用自适应阈值化、基于递归的二值图像连通域中心提取的方法提取拼接标志点；采用极线校正技术,消除了左右图像在垂直方向上的视差:采用SVD分解的方法进行测量站点间数据的拼接。
　　 在深入进行理论研究的基础上,本文构建了基于激光扫描与拼接的热态大型锻件的视觉测量系统,编写了测量软件,并对圆筒型热态锻件实物进行了的两站点测量实验。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 热态大型锻件测量的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 双目视觉测量技术的基本原理

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 测量系统的设计

2.1 测量系统的总体方案设计

2.1.1 测量系统硬件方案设计

2.1.2 测量系统软件方案设计

2.2 主要设备选型与分析

2.2.1 摄像机

2.2.2 半导体绿色一字线激光器

2.2.3 步进电机与其控制驱动器

2.2.4 标定块与拼接块

2.3 系统的软件环境

2.3.1 Visual c++

2.3.2 OpenCV

2.3.3 MATLAB

2.3.4 VC与MATLAB混编

2.4 本章小结

第三章 视觉测量系统的标定

3.1 坐标系统与摄像机模型

3.1.1 坐标系统

3.1.2 摄像机模型与坐标变换

3.2 标定方法分析

3.2.1 基于三维标定物的标定方法

3.2.2 基于二维标定物的标定方法

3.2.3 基于一维标定物的标定方法

3.2.4 基于零维标定物的标定方法

3.3 基于MATLAB张氏平面标定法的改进

3.3.1 靶标图像特征点提取

3.3.2 基于线性模型的最大似然估计

3.3.3 基于非线性模型的最大似然估计

3.3.4 计算结构参数

3.3.5 基于Matlab张氏平面标定法的编程实现

3.4 标定结果与误差分析

3.4.1 标定结果

3.4.2 标定误差分析

3.5 本章小结

第四章 图像处理

4.1 图像预处理

4.1.1 热态强光干扰的滤除

4.1.2 随机噪声的滤除

4.1.3 图像增强

4.2 图像畸变修正

4.2.1 插值算法

4.2.2 畸变修正

4.3 端线、光束特征提取

4.3.1 端线特征提取

4.3.2 光束特征提取

4.4 拼接块图像处理方法

4.4.1 自适应阈值化

4.4.2 拼接标志点提取

4.5 本章小结

第五章 立体匹配、重建与数据拼接

5.1 立体匹配

5.1.1 极线校正

5.1.2 对应点匹配

5.2 三维重建

5.2.1 三维重建

5.2.2 尺寸测量与精度分析

5.3 数据拼接

5.3.1 基于多视角的数据拼接方法

5.3.2 本文的拼接方法

5.4 本章小结

第六章 测量实验与精度分析

6.1 双目视觉系统误差分析与锻件测量系统构建

6.2 圆筒类锻件模拟测量

6.3 评定原则与精度分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 后续展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文