利用数字图像技术进行位移测量的研究

摘要

三坐标测量机是对工件轮廓等形位尺寸进行测量的主要通用仪器.由于三坐标测量机的结构复杂,系统庞大,价格昂贵使得应用面受到限制.为了对精度要求不高的工件的外形轮廓进行测量,需要开发一种中低精度,性价比较高的三坐标测量机.本论文是这个课题的一部分,拟解决的主要问题是三自由度形位测量中的直线位移测量.直线位移测量是最基本的测量手段,直线位移测量包括X,Y两个方向,通过两个方向上直线位移量的累计和综合,可以对基本立方体形状的工件进行测量,如何实现中低精度的直线位移测量成为本论文的核心问题.本论文提出一种以图像处理的方法进行中低精度直线位移测量的方法.该方法是对安装在滑动基座上的摄影机在直线运动过程中拍摄到的花岗岩基准平台表面连续的图像帧序列进行图像处理,通过对比相邻帧图像中的各个特征区域,利用形状无关矩,修正傅立叶描述符等特征量,通过逐级匹配的方法,找出相同的特征区域后,通过亚像素定位技术,找出相邻帧图像中特征区域的以像素表示的相对位移量.由于系统的光照条件及摄影机到花岗岩基准平台表面的距离都是固定的,所以通过实验标定的方法可以预先求得每个像素所代表的位移量.这样在实际的测量中,通过求解特征区域的以像素表示的相对位移量,可以得到相邻帧图像所代表的实际位移量.通过累计和综合,得到整个图像序列所表示的摄影机位移量,从而得到滑动基座的直线位移坐标值,实现了三坐标测量机的低成本改造.

目录

文摘

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1三坐标测量机国内外发展现状

1.1.2图像处理技术在三坐标测量中的应用

1.2课题来源

1.3本文的研究工作概况

1.4本文的研究内容安排

2测量原理及方法

2.1几种利用图像处理技术进行位移(坐标)测量的方法

2.1.1三维摄像扫瞄测量

2.1.2平面三自由度位移测量

2.2本研究课题采用的原理及测量方法

2.2.1系统的组成

2.2.2测量原理

2.2.3主要技术指标

2.2.4主要技术概述

3图像预处理

3.1直方图均衡化

3.2图像分割

3.3数学形态学的基本运算

3.3.1二值腐蚀和膨胀

3.3.2二值开运算

3.3.3二值闭运算

3.5小结

4图像特征区域的边缘检测

4.1特征提取

4.1.1边缘检测

4.1.2数字化取景框的确定

4.2轮廓跟踪

4.3小结

5图像特征区域的表示

5.1圆形度

5.2不变矩

5.2.1中心矩

5.2.2不变矩

5.3标准化傅立叶描述符

5.4小结

6基于多特征的图像特征区域的匹配

6.1特征选择

6.2逐级匹配方案

6.3特征区域的特征值间距离

6.4小结

7标定与实验

7.1实验装置及方法

7.2图像特征区域的匹配

7.3系统标定

7.4实验数据

7.5实验分析

8结论

8.1主要结论

8.2讨论

致谢

参考文献