基于单目视觉的空间坐标测量方法研究

摘要

由于现代工业现场三维尺寸测量的需求,视觉测量技术以其检测精度高、工作效率高和非接触式测量等特点在现代工业现场检测中得到快速的发展与应用。根据现在工程应用对视觉测量技术的需求,需要对这方面的技术进行研究。
　　 通过对现有的摄像机标定技术的分析,了解了不同标定技术的不同应用领域。传统标定方法精度比较高,适用于能利用标定靶进行标定的场合;机器人手眼定标技术需要高精度可控机械手臂的配合,对测量硬件要求比较高;自标定技术相比较来说精度较低,用于工业现场的情况比较少,大多应用于建筑物的外形测量。由于传统三维标定靶制作成比较本高,而且以目前的加工高水平很难保证标定靶的精度,所以现实实验中人们一般使用加工精度比较高但制作成本比较低的二维标定靶。文中给出了一种利用二维标定靶标定CCD摄像机的方法,通过对三维重构的精度分析得知,该标定方法精度较高,完全可以满足实验的要求。
　　 文中对摄像机模型进行了详细的分析,通过数据仿真模拟详细分析了线性模型与非线性模型下,每种摄像机模型的精度。最终确定了采用精度较高的多项式拟合的非线性模型作为实验模型。在单目视觉测量系统中,针对两种不同的重构方法,进行了数据模拟,选取了其中一种精度较高的重构方法。通过对平面金属靶进行实际测量,测量结果符合预期的目标,能达到0.5‰的测量精度。并且在文中讨论了会影响测量精度的主要因素。

目录

文摘

英文文摘

致谢

论文说明:图表目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 三维尺寸测量技术现状

1.1.2 三维尺寸测量技术分类

1.2 视觉测量技术

1.2.1 机器视觉技术

1.2.2 视觉测量技术的发展

1.2.3 视觉测量技术的特点

1.2.4 论文工作的意义及应用前景

1.2.5 单目视觉测量系统的优点

1.3 本文的研究内容及安排

第二章 摄像机标定

2.1 摄像机模型的建立

2.1.1 CCD摄像机

2.1.2 摄像机成像模型

2.1.3 标定方法

2.2 利用二维标定靶标定摄像机

2.2.1 二维平面标定靶

2.2.2 标定原理

2.3 标定摄像机模型对比

2.3.1 非线性模型对比

2.4 本章小结

第三章 单目视觉测量系统

3.1 单目视觉测量系统结构

3.2 单目视觉测量系统原理

3.2.1 直接线性变换算法

3.2.2 摄影测量算法

3.2.3 以上两种算法的比较

3.3 本章小结

第四章 金属靶测量实验

4.1 硬件配置

4.2 金属靶测量流程

4.2.1 单目视觉测量系统的硬件操作

4.2.2 单目视觉测量系统的软件操作

4.3 金属靶测量数据分析

4.3.1 重构空间点绝对位置误差

4.3.2 重构空间点所在平面的平面度误差

4.3.3 重构空间点所在平面的面内距离误差

4.4 影响单目视觉测量精度的因素分析

4.4.1 用于标定CCD摄像机的控制点的数量

4.4.2 用于测量的图片数量

4.4.3 CCD摄像机的拍摄位置

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

硕士期间发表论文