基于立体视觉的浮体六自由度测量

摘要

浮体的六自由度运动分量，即横摇、纵摇、回转、横移、纵移、升沉，是海洋、港口和船舶工程模型试验研究中的重要参考数据。传统的接触式测量方法是利用直尺测量位移值，使用陀螺仪测量摇角，通过光线示波仪记录信号，人工读取分析，精度低，浪费人力物力，无法满足使用要求。非接触式测量系统采用双CCD拍取运动图像，利用对CCD标定出来的内外参数来三维重构计算物体空间坐标，并由此分解其六自由度。它对浮体的移动没有任何影响，精度相对较高，通过提高分辨率和定位算法还有更大的性能提升空间。 在该非接触式六自由度测试系统中，主要完成的任务有两大部分，一个是以机器视觉为理论背景的算法研究与应用，二是设计相应的系统软件。算法部分主要包括图像预处理，二值化阈值的自动选取，特征点的提取，标定、立体匹配及三维重构等一系列立体视觉内容；系统软件部分是以VC6.0为开发平台，结合Matrox公司的图像采集卡软件开发包，编写了一份满足工程需要的应用软件；最后，通过实际的模拟平台对软件进行了测试(主要是算法测试)，分析了系统的测量精度。 本文不仅解决了双CCD异步触发同步抓取的功能，还达到了真正的实时处理，以60f/s的速率跟踪浮体运动，并且实现了全姿态测量。同时，测量精度也基本达到各种科学研究和工程设计实验使用的技术指标。

目录

文摘

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1绪论

1.1项目背景与意义

1.2项目概况

2系统基本工作原理及组成

2.1基本工作原理

2.2模拟平台

2.2.1标定平台

2.2.2标定标志板

3图像采集

3.1 CCD

3.1.1 CCD工作原理

3.1.2主要技术参数

3.1.3 UP-600数字CCD

3.2图像采集卡

3.3视频采集

3.3.1硬件连接

3.3.2图像采集软件

3.4 小结

4摄像机的标定、立体匹配及三维重构

4.1成像的基本知识

4.2摄影成像原理

4.3五种坐标系及关系

4.3.1坐标系

4.3.2坐标变换关系

4.4标定过程误差分析

4.5摄像机模型

4.6标定方法

4.6.1传统摄像机标定方法

4.6.2原有系统的标定方法

4.6.3对原有系统改进的标定方法

4.7立体匹配

4.8三维重构

4.9小结

5图像分割及特征点的提取

5.1图像处理概述

5.2图像分割

5.2.1图像分割的一般模型

5.2.2图像分割方法

5.3特征点的提取

5.4本文所用的图像分割及特征点提取算法

6六自由度的分解

7系统设计及实验结果

7.1图像处理系统的一般设计方法

7.2软件系统的设计

7.3实验结果

7.3.1标定参数及精度分析

7.3.2 F基本矩阵系数

7.3.3六自由度运动分量误差分析

7.3.4两种标定方法的比较

7.4工程应用

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢