双目立体视觉系统摄像机标定方法及控制系统研究

摘要

机器人视觉是智能机器人的关键技术之一，对机器人的智能化起着决定性的作用。视觉伺服是以实现对机器人的控制为目的而进行图像的自动获取与分析，因此是从直接得到的图像反馈信息中，快速进行图像处理，在尽量短的时间内给出反馈信息，构成机器人的伺服控制。实现机器人的视觉伺服系统涉及到图象处理、运动学、动力学、控制理论、实时计算等多方面的内容。本文主要从视觉伺服系统的控制结构和立体视觉标定这两方面进行研究和探讨。
　　 通过分析研究国内外视觉标定模型和方法后，总结了机器视觉所要解决的关键技术；在对传统标定方法分析和研究的基础上，阐述了双目立体视觉原理，提出了在标定模型中摄像机的光轴与标靶面垂直的解决方案；分析了基于特征圆投影模型，证明了当CCD面与标靶面不平行时，特征圆在CCD成像面上成像为椭圆的规律；在此基础上提出了一种新的、可以有效简化摄像机标定过程的摄像机标定方法。
　　 在确定了双目立体视觉系统的总体方案的基础上，阐述了双目视觉控制系统的组成原理，详细介绍了双目视觉伺服控制系统的硬件和软件。双目视觉控制系统的硬件部分包括了系统的机械结构、步进电机的驱动硬件、摄像机的链接以及控制系统的连接；双目视觉控制系统的软件部分包括了机械结构的控制、图像获取、图像处理(包括阈值分割、图像平滑、图像滤波、边缘提取)、图像特征处理的原理，并利用VC编写了相应的处理程序。
　　 通过标定控制过程的分析，建立了标靶面垂直于水平工作台、摄像机光轴垂直于标靶面的判断准则；在此基础上进行了标定试验，计算出摄像机的焦距和标靶的深度信息；试验表明，提出的摄像机内部参数标定的方法简单、实用，最终得到的标定结果也比较理想。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2机器视觉的应用

1.3机器视觉的研究现状

1.3.1国外机器视觉的发展

1.3.2国内机器视觉的发展

1.4机器视觉的关键技术

1.5本论文研究的主要内容

第二章摄像机标定方法研究

2.1摄像机标定模型

2.1.1线性标定模型

2.1.2非线性标定模型

2.1.3需要标定的参数

2.2摄像机的标定方法

2.2.1离线标定

2.2.2在线标定

2.2.3无标定

2.3一种摄像机简化标定法

2.3.1问题的提出

2.3.2关于平行的讨论

2.3.3特征圆投影模型

2.3.4特征圆投影为圆的实现

2.3.5摄像机简化标定方法

2.4本章小结

第三章双目视觉控制系统的建立

3.1双目视觉控制系统的组成原理

3.2双目视觉控制系统的硬件

3.2.1系统的机械结构

3.2.2步进电机及其驱动

3.2.3摄像机的选择与连接

3.3双目视觉控制系统的软件

3.3.1图像获取

3.3.2图像处理

3.3.3步进电机的控制

3.4本章小结

第四章摄像机标定试验

4.1摄像机标定系统构成

4.2双目视觉控制系统的控制过程分析

4.3摄像机标定试验

4.4摄像机标定试验结果

4.5双目立体视觉测量

4.6误差原因分析

4.7本章小结

第五章总结与展望

5.1本文的主要研究成果

5.2研究工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录