基于机器视觉的汽车挡风玻璃测量系统的研究

摘要

为解决大尺寸汽车挡风玻璃的现场测量问题，本文以机器视觉理论为基础，设计了一种基于标记点的汽车挡风玻璃三维形貌测量系统。该系统主要包含双目视觉立体测量模块和投影模块。标定好测量系统后，由初始位置的标记点在摄像机坐标系下的坐标，建立特定玻璃坐标系。通过投影黑色背景下间隔排列的白色方格测量视场内的玻璃表面，并完成坐标变换。移动测量系统后，由匹配到的移动前后的标记点的坐标，获得摄像机坐标系和特定玻璃坐标系间的转换关系，再次进行投影和测量。多次移动测量系统，最终完成对整块风挡玻璃表面测量。经实验证实，该投影测量方法可行，且经济实用。本文研究的主要内容包括：
　　(1)标记点的提取和匹配。标记点的中心提取精度和匹配的好坏将直接影响整个测量系统的测量精度。使用亚像素级别标记中心点提取算法获得其成像平面坐标，并对获得的左、右成像平面标记中心点坐标进行匹配，能获得较高的准确率。
　　(2)玻璃坐标系的建立和坐标变换。先根据初始位置检测到的标记中心点在摄像机坐标系下的坐标，建立玻璃坐标系，获得两个坐标系间的转换关系。移动摄像机后，根据移动前后提取到的相同标记点在玻璃坐标系和摄像机坐标系下的坐标，求得移动后摄像机坐标系和玻璃坐标系之间的转换关系。
　　(3)公共视场内玻璃表面的投影测量。标定好双目系统并获得坐标系间的转换关系后，用投影仪投影黑色背景下有序排列的白色方格，使用斑点提取算法提取方块中心点成像平面坐标，经过排序和匹配，求出中心点在摄像机坐标系下的三维坐标，从而完成精确测量。
　　本文的创新之处在于通过投影有序排列白色方格减小了匹配的复杂程度和工作量，以及设计了一种根据摄像机坐标系下三维向量方向建立玻璃坐标系的方法。这种方法经济实用、简单、结果准确、计算量小。精度的唯一的影响因素就是标记中心点的提取精度。通过多次移动测量系统并完成公共视场内的测量和坐标变换就可以完成整块玻璃的测量。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外发展现状

1.3本文研究内容及论文结构

第2章 挡风玻璃测量系统结构设计与部件的选择

2.1挡风玻璃测量系统结构参数的设计

2.2挡风玻璃测量中显像剂的使用

2.3投影设备的选择

2.4本章小结

第3章 系统建模与标定

3.1系统建模

3.2单个摄像机的标定方法

3.3双目测量系统的外部参数标定

3.4双目测量系统的标定精度的评价

3.5本章小结

第4章 特征点的提取和匹配

4.1几种常用特征点检测算法的使用

4.2本文中使用的白色方格中心提取的方法

4.3极线约束

4.4基于拓扑结构、极线约束实现特征点的匹配

4.5本章小结

第5章 测量过程的实现

5.1本文所用标记点的设计

5.2常用的标记点检测方法

5.3本文中使用的标记点检测方法

5.4标记点的匹配

5.5特定玻璃坐标系的建立和整块挡风玻璃点云拼接的实现

5.6本章小结

第6章 实验与分析

6.1系统标定实验

6.2射线交汇法模型测量精度检验实验

6.3视场范围内投影测量效果检验实验

6.4标记点提取、匹配与建立玻璃坐标系实验

6.5挡风玻璃测量效果实验

6.6本章小结

第7章 总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢