基于OpenCV的三维测量系统的研制

摘要

近年来三维数字化技术快速发展，在工业设计和产品检测领域得到了广泛的应用。拍照式立体扫描仪具有非接触、测量速度快、便于携带的优点，是光学测量技术的主要发展方向，也就近年来的研究热点之一。论文工作如下:
　　1.论文系统分析了激光点、激光线、光栅投影等光学测量方法的技术特点，将原型样机的测量范围确定为80mm×80mm×30mm、测量精度确定为0.05mm，采样棋盘格作为摄像机标定模板，将OpenCV应用于摄像机标定和光栅投影图像的处理，研制了一种适用于小范围检测的基于OpenCV拍照式三维测量系统。
　　2.论文依据测量范围和精度要求，完成了测量系统的硬件平台和投影成像参数的设计，硬件平台主要包括计算机主机、投影仪、工业摄像机、图像采集卡等主要部件的选型和集成，投影成像参数主要包括测量距离、焦距、光圈等参数的确定。
　　3.论文采用棋盘格作为标定模板，利用OpenCV对棋盘格图像进行预处理，提取棋盘格角点，基于放射几何的交比不变性建立物像换算关系;采用格雷码结构光的编码的方法提取光栅投影图像的条纹边缘，根据极线约束对左右摄像机条纹边缘上的点进行匹配，在像点转换为物空间坐标点的过程中采用最小二乘拟合法减小误差，通过实物样机的检测，最终完成的测量系统达到了设计目标。
　　本文基于OpenCV完成了拍照式三维测量系统的原型样机研制，系统主要包括投影仪、摄像机的硬件控制、图像采集、摄像机标定、物像换算等模块组成，随着测量精度的进一步提高，后续数据处理功能的完善，拍照式三维扫描仪在工业产品的数字化设计与检测领域会得到进一步的推广与应用。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 三维测量技术的发展概况

1．2 基于光栅投影的拍照式扫描仪国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 论文结构

第2章 光学测量原理及相关技术

2．1 摄影成像模型

2．2 双目立体视觉测量原理

2．3 OpenCV简介

2．3．1 图像处理、计算机视觉与OpenCV

2．3．2 OpenCV的配置

2．3．3 OpenCV中的Mat结构

2．3．4 角点检测

第3章 三维测量系统硬件平台的集成

3．1 硬件平台构成

3．1．1 投影仪的选型与参数

3．1．2 工业相机的选型与参数

3．1．3 图像采集卡的选型与参数

3．1．4 标定模板

3．2 硬件平台的装配设计

第4章 三维测量系统系统软件系统的设计与实现

4．1 软件系统设计

4．2 基于OpenCV的摄像机标定

4．3 条纹图像的投影与边缘提取

4．3．1 条纹图像的设计

4．3．2 条纹图像处理

4．4 像点坐标与物点坐标的换算

4．5 软件系统中主要类的设计

4．6 拍照式三维扫描仪的测量流程

第5章 实例测量与分析

5．1 测量误差检测

5．2 实物测量与数据处理

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与项目与成果情况

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