立体视觉传感器现场标定方法及实现

摘要

立体视觉技术是测量领域中常用的一种测量技术，通过模拟人类视觉系统获取信息的方式，利用光学三角测量原理可以计算出空间的三维坐标，达到空间物体几何尺寸测量和定位的目的。立体视觉标定是实现精密测量的前提，只有经过标定的立体视觉系统才能执行测量任务，测量的精度与标定的精度密切相关。因此，实现立体视觉高精度标定是提高三维测量精度的重要保障。
　　本论文主要围绕立体视觉传感器系统高精度标定问题，根据实际应用中的需求，设计了立体视觉传感器整体标定方案并基于C++和OpenCV库实现了立体视觉测量系统标定。本文首先分析了立体视觉测量的基本原理，并分析了摄像机成像过程中三维空间特征点在各个坐标系中的变换关系，建立了摄像机模型和立体视觉测量系统模型;根据测量精度的需求，确定了基于平面靶标的摄像机标定算法，设计了立体视觉测量系统总体标定方案，同时设计了适合立体视觉系统标定的靶标;根据靶标图像中特征点的几何性质，研究了图像中椭圆特征点的自动识别方法，分割出每个椭圆区域单独进行亚像素边缘检测，依据亚像素边缘拟合出椭圆中心的图像坐标;根据实际标定精度的需求，以靶标上实际特征点图像坐标为基础拓展了标定特征点，获得大量衍生标定特征点图像坐标，实现立体视觉系统高精度标定。最后搭建了立体视觉标定系统，实现了立体视觉测量系统标定，并进行了误差分析和三维测量。
　　实验结果表明，本文所采用的方法可以对立体视觉系统进行精确标定，并能高精度测量三维空间中物体的几何尺寸。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 立体视觉技术概述

1．3 摄像机标定研究现状

1．4 立体视觉传感器标定研究现状

1．5 课题的研究意义和研究内容

1．5．1 课题的研究意义

1．5．2 课题的主要研究内容

第二章 立体视觉检测系统模型

2．1 引言

2．2 立体视觉测量原理及组成

2．2．1 立体视觉测量原理

2．2．2 立体视觉系统组成

2．3 摄像机成像模型

2．3．1 针孔模型

2．3．2 摄像机线性模型

2．3．3 摄像机的非线性模型

2．4 立体视觉测量模型

2．5 小结

第三章 立体视觉传感器标定方案设计

3．1 引言

3．2 立体视觉测量系统标定总体方案

3．3 靶标的设计

3．4 衍生特征点获取方法

3．4．1 特征点获取方法

3．4．2 摄像机镜头畸变系数标定

3．5 立体视觉传感器系统标定

3．5．1 摄像机标定

3．5．2 立体视觉标定

3．6 小结

第四章 椭圆圆心图像特征检测

4．1 引言

4．2 椭圆圆心图像坐标检测方案

4．3 椭圆特征区域识别

4．3．1 Canny边缘检测

4．3．2 圆弧检测

4．3．3 圆弧分类

4．3．4 椭圆检测

4．4 椭圆中心图像坐标获取

4．4．1 基于高斯曲线拟合的椭圆亚像素边缘检测

4．4．2 椭圆中心确定

4．5 小结

第五章 立体视觉传感器系统标定实现

5．1 引言

5．2 立体视觉系统硬件实现

5．2．1 标定靶标

5．2．2 CCD摄像机与镜头

5．3 立体视觉系统标定软件实现

5．3．1 立体视觉系统标定软件设计方案

5．3．2 立体视觉系统标定实现

5．4 小结

第六章 实验结果与分析

6．1 引言

6．2 椭圆中心检测结果

6．2．1 椭圆特征识别结果

6．2．2 椭圆圆心图像坐标检测

6．3 衍生特征点图像坐标

6．3．1 畸变系数标定结果

6．3．2 衍生特征点坐标计算结果

6．4 摄像机标定结果

6．5 立体视觉系统标定

6．6 立体视觉传感器标定精度

6．7 人体关节点三维测量结果

6．8 小结

第七章 总结与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者介绍