轮胎表面轮廓三维扫描系统研究

摘要

鉴于当前双目测量技术以及结构光测量技术在轮胎表面轮廓三维扫描中容易产生遮挡、灵活度不够等问题,本文提出一种三目视觉坐标测量系统与二维激光轮廓扫描传感器相结合的测量方案,该方案具有视场大、精度高、操作灵活等优点并且能够解决轮胎表面轮廓三维扫描过程中的遮挡等问题。
　　本文首先对摄像机成像模型、双目视觉测量原理以及系统中采用的三目视觉测量模型进行了分析,并在此基础上系统梳理了张正友平板标定算法。其次,本文从系统模型出发详细分析了系统硬件平台的构成,包括成像系统、激光轮廓扫描传感器、靶标机械结构、帧同步触发系统、LED驱动电路等部件的选择与设计。根据标志点区域特征,本文提出了标志点区域轮廓跟踪技术以及基于椭圆线轮廓误差的区域评价方法,同时详细描述了双线性插值与质心法结合的标志点区域中心提取算法,并给出根据标志点平面几何特征通过排序完成标志点匹配的具体过程。最后,在详细分析激光轮廓扫描传感器与摄像机阵列坐标系空间转换数学模型基础上,提出基于旋转理论求解旋转矩阵与平移矩阵的算法。此外,本文通过精密位移的方法对扫描系统性能进行了一系列测试并详细分析了引起扫描系统误差的具体因素,同时对轮胎表面轮廓扫描过程以及效果进行了分析。
　　经测试,本文研制的三维扫描系统有效视场深度从2.0 m到5.0 m、有效视场范围大于15 m3、有效视场内扫描误差优于0.5 mm,能够对有效视场中的轮胎胎面花纹、宽度以及直径进行扫描,完全能够满足轮胎表面轮廓三维扫描的需求,同时该系统也能够应用于机械制造、电子、航空航天等领域。

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第一章 绪论

§1.1三维测量技术发展

§1.2 课题来源与意义

§1.3论文主要研究内容

第二章 系统测量原理与参数求解

§2.1摄像机成像模型

§2.2 三维坐标测量原理

§2.3 基于平面的摄像机标定

§2.4 系统标定

§2.5本章小结

第三章 三维扫描系统硬件设计

§3.1三维坐标测量系统

§3.2测量靶标系统

§3.3 本章小结

第四章 轮胎表面轮廓三维数据获取

§4.1 标志点区域分割

§4.2标志点区域中心坐标提取

§4.3 标志点匹配

§4.4 坐标系转换

§4.5 本章小结

第五章 实验与数据分析

§5.2性能测试以及误差分析

§5.3三维扫描效果

§5.4 本章小结

第六章 总结和展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果