刀具检测系统测头位姿的双目视觉检测研究

摘要

刀具检测系统的主要用途是在刀具设计、制造和重磨过程中对其几何参数进行测量，以保证刀具的生产质量；同时，在刀具用于生产过程中对刀具切削部分的几何形状及精度进行测量，用来保证刀具切削性能和产品质量。本课题采用双目立体视觉位姿检测方法实现对刀具检测系统扫描测头的位姿检测，以达到实现刀具非接触、在线测量目的。
　　首先，基于计算机视觉基本理论，分析了双目视觉模型以及测量系统结构，详细阐述了双目视觉测量原理。其次，对摄像机标定方法及标定过程进行了详细分析，分析了标定过程涉及的图像坐标、摄像机坐标、世界坐标之间的转换关系以及摄像机畸变原因；重点研究了平面标定法的标定原理，并在此标定初始值的基础上用改进的遗传算法对摄像机标定，通过实验证明了该方法具有较高的标定精度。再次，对特征提取过程进行了研究，研究了特征提取原理，并分析了其常用的经典算法；在研究经典Harris角点提取方法的基础上，对其提取速度慢及像素级提取的缺点进行了改进，通过采用相邻像素取差以及与梯度灰度迭代相结合的方法，不仅提高了运算速度，而且实现了亚像素提取，并通过实验证明了该算法的有效性。
　　最后，详细分析了位姿求解原理，通过极线约束进行立体匹配，运用视差原理求解测头空间位置，通过基于共面特征点求解测头空间姿态。利用搭建的双目视觉实验系统进行实验验证，通过实验数据结果对比分析，表明该方法够达到预期效果，完成位姿检测。

目录

1 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题主要研究内容

2双目立体视觉测量系统结构及原理

2.1刀具测量系统

2.2双目立体视觉系统结构

2.3双目立体视觉测量原理

2.4双目立体视觉测量模型

2.5本章小结

3摄像机标定

3.1摄像机标定坐标系

3.2线性摄像机模型（针孔模型）

3.3摄像机畸变模型

3.4摄像机标定方法

3.5实验结果与分析

3.6本章小结

4图像特征提取

4.1特征提取概述

4.2边缘检测

4.3角点检测

4.4基于Harris角点检测算法改进的研究

4.5本章小结

5位姿检测

5.1双目视觉特征匹配方法

5.2基于极线约束的特征匹配

5.3位姿求解

5.4本章小结

6双目测量系统及实验结果分析

6.1双目测量系统

6.2实验结果分析

6.3本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢