光笔式双目立体视觉测量系统关键技术研究

摘要

光笔式双目立体视觉测量技术是以视觉检测为基础、引入三坐标测量技术中测头技术的一种新兴技术，具有便携性好、测量精度高及可实现隐藏点测量等优点，弥补了传统测量设备的不足，是工件测量的新方法。本文对光笔式双目立体视觉测量技术中关键技术进行研究，并搭建了光笔式双目立体视觉系统。
　　论文首先对光笔式双目立体视觉测量系统的组成和测量原理进行研究，设计了一种十点式测量光笔。光笔作为光笔式测量系统的关键部分，直接影响系统的测量精度。
　　摄像机的准确标定是保证系统测量精度的前提，而标靶图像特征圆中心位置的提取精度是保证系统标定精度的关键技术。在标靶图像中，特征圆变形为椭圆，在求取特征圆的中心点时，本文提出了亚像素边缘作为拟合轮廓的最小二乘椭圆拟合算法，实验证明了算法的稳定性和准确性。在对不同的摄像机标定算法进行研究的基础上，选用基于LENZ非线性畸变模型的摄像机标定技术对摄像机进行标定。
　　系统标定后，需要确定光笔编码点中心三维坐标及测头三维坐标。首先提出一种综合同心圆及轮廓形状和面积的判别准则，实现编码点区域的分割。然后利用亚像素边缘作为拟合轮廓的最小二乘椭圆拟合算法定位编码点，并提出一种基于骨架线的解码算法，实现了对编码点的准确解码。最后利用双目立体视觉视差模型求取编码点中心三维坐标，在解算测头三维坐标时，利用光笔上十个编码点中心三维坐标与其初始坐标值之间的联系计算出其投影关系，确定测头三维坐标。
　　实验表明，系统在3m物距范围内测量精度优于0.443mm，并分析了影响系统稳定性及精度的主要因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外研究现状

1．1．1 传统三坐标测量机

1．1．2 激光跟踪测量仪

1．1．3 基于视觉的测量系统

1．1．4 光笔式双目立体视觉测量系统

1．2 研究意义

1．3 本文的研究内容及章节安排

第二章 光笔式双目立体视觉测量系统硬件组成及软件流程

2．1 系统硬件与工作原理

2．1．1 系统硬件

2．1．2 系统工作原理

2．2 系统软件设计

2．3 本章小结

第三章 基于LENZ畸变模型的摄像机标定

3．1 摄像机成像模型

3．1．1 摄像机标定中的坐标系

3．1．2 摄像机理想成像模型

3．1．3 LENZ畸变模型的非线性成像模型

3．2 标定板特征点提取

3．2．1 标定板定位

3．2．2 标定板圆形特征中心定位

3．2．3 椭圆中心定位算法精度分析

3．2．4 标定板特征点编号

3．3 系统标定

3．3．1 单摄像机标定

3．3．2 基于LENZ畸变模型的摄像机标定

3．3．3 双目标定

3．4 摄像机标定实验

3．4．1 标定步骤

3．4．2 标定结果与分析

3．5 本章小结

第四章 光笔式双目立体视觉三维恢复

4．1 光笔编码点设计及识别

4．1．1 编码点设计

4．1．2 编码点定位与识别

4．2 双目立体视觉系统三维恢复

4．2．1 射线交汇法

4．2．2 三角测量法

4．3 光笔测头三维坐标恢复

4．4 本章小结

第五章 实验结果及精度分析

5．1 软件界面设计

5．2 光笔标定实验

5．3 光笔测头三维恢复实验

5．4 系统测量实验

5．5 系统测量精度分析

5．5．1 光笔引起的误差

5．5．2 双目立体视觉系统误差

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢