基于双目视觉的水轮机叶片复杂型面测量方法与实验研究

摘要

伴随着制造业的快速发展，越来越多的复杂曲面需要进行测量和重构。现行常用的测量方法有光学投影测量法、坐标测量法、激光测量法等方法。上述的几种方法中都存在着对于定量测量效率低、对测量环境的要求较高等不足。针对上述方法中共同存在的不足点，本文提出了使用非接触式的双目视觉进行复杂曲面测量。双目视觉测量可以应用于复杂型面的尺寸测量、形状检测，操作简单、可以应用到生产现场上。该方法能高效率地通过单次测量得到多个数据点，能够达到较高精度的测量效果（现有的技术可以达到0.05mm），并且在软性曲面（泡沫模具）、加热铸件（高温工件）、大型曲面的测量上有着独特的优势。因此，本文有着重要研究意义与实际价值。
　　本文以复杂型面的快速检测为应用目标，将叶轮片作为复杂型面的代表作为研究，以便于推广。围绕着尺寸测量，本课题研究了“基于双目视觉的复杂型面测量方法与实验研究”，具体的研究内容包括：
　　基于测点集的复杂型面三维模型自动重构方法研究。研究对象以叶轮片为复杂型面的代表，对其三维模型的自动重构进行深入研究。获取测点集的基本思想将是复杂型面简化为曲线，再由曲线到点集，最后用测量方法获得测点集。测点集是利用测量装置对复制型面进行数据采集后，根据得到的图像坐标，通过影像匹配过程建立图像对之间的对应关系之后，通过几何约束进行三维重建得到的三维数据。根据以上的基本思路，采用非接触式测量中光学测量的双目视觉测量方法，被测物体通过相应的算法由其表面的三维坐标点表示。完成摄相机的标定后，采用了辅助标志物来获得位于被测叶轮片上的坐标点，对图像中的坐标点完成了匹配后，基于投影映射关系，实现了对特征点的三维重建，能够完成对叶轮片长度的测量，并且使用重建得到的三维点进行了叶轮片的重构。本文设计的测量系统能实现对叶轮片4角点间的长度自动检测，并能很好地完成叶轮片的三维重构。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 计算机视觉技术的国内外现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文主要结构安排

第二章 视觉测量相关理论简介

2.1 引言

2.2 相机成像模型

2.3 立体视觉

2.4 本章小结

第三章 复杂型面叶轮片视觉检测理论与方法

3.1 平滑滤波

3.2 张正友的平面标定方法

3.3 角点检测

3.4 三维重建的一般方法

3.5 对一般方法的改进——公垂线中点法

3.6 NURBS曲线曲面的理论基础

3.7 本章小结

第四章 基于水轮机叶片的双目视觉测量实验验证与分析

4.1 水轮机叶片双目视觉实验环境

4.2 图像预处理模块

4.3 水轮机叶片中的摄像头标定模块

4.4 特征提取模块

4.5 水轮机叶片立体匹配模块

4.6 三维测量与水轮机叶片重建模块

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文、科研成果