基于单摄像机结构的视觉坐标测量原理研究

摘要

论文根据传统立体视觉传感器体积大、测量速度慢、成本高等缺点,研究了一种用于测量空间三维点坐标的单摄像机立体视觉传感器模型.在结构设计方面,变传统的双摄像机结构为单摄像机结构,加装两组对称的光学反射镜片,镜像出一对虚拟摄像机,可在同一个摄像机像面上采集到存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息.论文从理论设计上和实践上进行了深入的研究和探讨,并完成了相应的实验验证.论文主要研究工作如下: 1.结合结构光传感器和立体视觉传感器的优点,研究了基于单摄像机虚拟立体视觉传感器的方法.该方法采用立体视差原理,由单个摄像机即可得到视场内所有物体特征点的三维信息.既提高了测量速度,同时又降低了传感器的成本. 2.分析了立体视觉传感器基线距与传感器测量精度的关系,为单摄像机立体视觉传感器的结构设计提供理论基础. 3.根据单摄像机立体视觉传感器的原理,对传感器的结构进行设计.详细分析了反射镜的摆放角度对基线距、传感器交汇角的影响. 4.根据传感器的结构设计,分析了系统中实摄像机和反射镜片的位置对虚拟摄像机位置的影响. 5.相对与传统立体视觉传感器,本结构的视场范围发生了较大的改变.基于此,本文详细分析了各参数对系统视场的影响；反之,在得到系统视场的基础上,对系统结构进行优化设计. 6.在立体视觉传感器标定原理的基础上,研究了单摄像机立体视觉传感器的标定方法.该标定过程中,只需对实摄像机的参数进行标定,简化了标定过程,降低了标定工作量.

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第一章绪论

1.1引言

1.2视觉传感器

1.2.1结构光视觉传感器

1.2.2立体视觉传感器

1.3传统视觉传感器的潜在问题及解决方案

1.4课题研究目的及主要工作

第二章单摄像机立体视觉测量原理及结构设计

2.1立体视觉传感器的测量精度分析

2.2测量方案选择

2.3器件的选取

2.3.1图像传感器的选择

2.3.2摄像机的选择

2.3.3反射镜选择

2.4系统结构设计

2.4.1虚拟摄像机C2L、C2R的交汇角

2.4.2反射镜尺寸设计

2.4.3基线距B的计算

2.4.4传感器的有效视场

第三章单摄像机立体视觉传感器的标定方法

3.1单摄像机立体视觉模型

3.1.1摄像机的成像模型

3.1.2单摄像机视觉测头测量模型

3.2靶标及特征点

3.2.1标定靶标

3.2.2特征点

3.3摄像机的标定

3.4单摄像机立体视觉传感器的标定

第四章系统实验与分析

4.1摄像机标定实验

4.2传感器标定实验

4.3测量实验

第五章全文总结与工作展望

5.1全文总结

5.2本文研究内容与工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢