单目多角度空间点三维坐标测量方法研究

摘要

在头盔瞄准显示测量系统中，单目视觉姿态测量方法有着较为广泛的应用。为了提高单目视觉头盔位姿测量精度，需要准确获得头盔表面各个特征点的坐标信息。本课题为了保持与单目视觉姿态测量过程的一致性，针对姿态测量过程中存在的特征点中心提取不准和坐标测量精度低的问题，提出一种更贴合单目视觉姿态测量的基于二维旋转平台的单摄像机全方位坐标测量系统。将本文具体阐述了单目多角度坐标测量方法的原理和模型建立过程，并完成了单目多角度测量系统的系统标定方法。通过大量的仿真实验和重复性实验，验证了该测量方法的正确性。主要工作如下:
　　(1)提出了单目多角度坐标测量方法。阐述了单目多角度测量方法的原理，建立了单目多角度测量模型，完成了单目多角度测量系统的标定。将特征点随着二维旋转平台围绕俯仰轴或方位轴的转动模拟其随飞行员头部的转动，摄像机从不同角度拍摄特征点的图像，利用物体间的相对运动，单目视觉系统可以镜像成虚拟多目视觉测量系统，求出各虚拟摄像机坐标系的透视投影直线的交点便能完成特征点坐标的测量。
　　(2)搭建了单目多角度测量系统。硬件方面，制作了一种使用红外LED作为标识特征点的三维立体标定靶标，并提出一种精度较高的二维旋转平台标定方法，该方法避免了平面靶标标定角度小和立体靶标机械精度低带来的标定误差。软件方面，阐述了单目多角度坐标测量方法的软件设计思路，对软件总体结构，转台控制、LED坐标测量模块、LED点亮模块和数据处理模块进行了功能分析。
　　(3)完成了二维旋转平台的标定实验，并对单目多角度测量原理和转台标定结果进行了分析和原理验证;针对不同测量角度，完成了LED点重复性测量实验，得到系统重复性精度和几何约束精度达到0.019mm，验证了实验系统的稳定性和正确性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 三坐标测量机的发展和现状

1．2 视觉坐标测量技术的发展现状

1．2．1 固定视觉测量方式

1．2．2 移动视觉测量方式

1．3 课题来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 现有技术不足

1．3．3 研究内容

第二章 单目多角度坐标测量方法工作原理及模型建立

2．1 单目多角度测量方法工作原理

2．2 单目多角度坐标测量模型的建立

2．2．1 单目视觉成像模型

2．2．2 单目多角度坐标测量模型

2．3 单目多角度测量系统的标定

2．3．1 传统标定方法

2．3．2 二维转台标定方法

2．4 本章小结

第三章 单目多角度坐标测量系统设计

3．1 系统硬件设计

3．1．1 系统架构

3．1．2 外参数标定靶标设计

3．2 系统软件设计

3．2．1 软件总体结构与界面设计

3．2．2 转台控制模块

3．2．3 LED图像采集模块

3．2．4 数据处理模块

3．2．5 LED点亮模块

3．3 小结

第四章 实验验证及分析

4．1 单目多角度测量系统标定实验

4．2 单目多角度模型的正确性验证

4．3 单目多角度测量系统的重复性实验验证

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢