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光栅投影三维物体测量与系统标定

作　者: 刘智
导　师: 罗代升
学　校: 四川大学
专　业: 电路与系统
关键词: 光栅投影成像 三维测量 摄像机标定 三维物体重建 逆向工程
分类号: TP274.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 290次
引　用: 4次
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内容摘要


三维物体测量是获取物体形态特征的一种重要手段，其目的是获取物体的三维信息。在汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件、生产自动化、机器视觉、CAD、医学、工业检测等三维测量领域具有重要意义和广阔的应用前景，因此三维测量的研究具有重要的理论意义、学术价值和应用前景。在三维物体测量中，光栅投影测量技术是最有发展前途的技术之一，目前国外的相关技术发展比较迅速，但是设备造价较高，国内相关的技术仍然比较落后。因此，我们采用光栅投影技术，研究了光栅投影三维成像、三维物体重建及三维物体测量的理论、技术和系统实现。该系统具有结构简单、精度高、速度快、适用面广、自动化程度高等特点。 本文提出了一种不用分离焦距就可求出摄像机内外参数的新方法，针对光栅投影成像三维物体重建及测量系统存在的问题，首先根据透镜成像理论，建立了光栅投影三维成像系统中摄像机的成像模型，推导出了物体与成像之间的关系。最后结合AUTO CAD二次开发技术，完成了与其它CAD软件和逆向工程软件进行三维测量数据的交换。 本文提出了一种高效的圆检测方法，对特征圆进行检测，得到特征点的图像坐标。因为拍摄到的标定图纸黑白分明，对比度较高，采用迭代阈值法对其进行二值分割，然后采用种子填充算法对非目标区域进行填充，获得特征圆的圆心和半径。再根据图像坐标和世界坐标之间的对应关系，采用本文提出的不分离焦距法对摄像机的内外参数进行了标定。 本文提出了一种有效的消除误码和误码传播的算法。由于硬件制造和装配时存在一定的误差，各种图像处理算法也会产生一定的误差，因此本文利用覆盖平均的算法对误码进行纠错，还对系统中可能影响测量精度的其他各种因素进行了分析。

全文目录


摘要  2-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 引言  8
  1.2 三维物体测量技术的发展现状  8-13
    1.2.1 莫尔检测技术  9
    1.2.2 光切法  9-10
    1.2.3 基于调制度测量的三维检测法  10
    1.2.4 双目测量法  10-11
    1.2.5 光栅投影法  11-13
  1.3 本课题的目的意义和研究内容  13-15
第2章 光栅投影三维测量原理及系统构成  15-23
  2.1 光栅投影成像的基本原理  15-17
  2.2 光栅投影三维图像重建的基本原理  17-18
  2.3 光栅投影成像系统的硬件构成  18-20
  2.4 光栅投影成像重建系统的软件构成  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 光栅投影三维物体测量  23-31
  3.1 引言  23
  3.2 一种新的二值化方法  23-25
  3.3 编码条纹图的处理步骤  25-27
  3.4 相移图的相移运算  27-28
  3.5 误差及分析  28-30
  3.6 本章小结  30-31
第4章 光栅投影三维物体测量系统中的CCD摄像机模型  31-40
  4.1 引言  31
  4.2 CCD摄像机模型  31-39
    4.2.1 CCD像平面的像素坐标系  32
    4.2.2 CCD像平面的图像坐标系  32-33
    4.2.3 CCD摄像机坐标系  33-34
    4.2.4 世界坐标系  34-39
  4.3 本章小结  39-40
第5章 CCD摄像机的标定算法  40-57
  5.1 迭代阈值法  41-44
  5.2 Hough变换检测特征点  44-46
  5.3 求解近似的射影变换矩阵  46-47
  5.4 单摄像机内外参数的标定  47-52
  5.5 标定两台摄像机之间的关系  52-54
  5.6 标定实验结果  54-56
  5.7 本章小结  56-57
第6章 计算特征点的坐标并建立世界坐标系的算法  57-64
  6.1 外极线法匹配在两幅图像中的同一特征点  57-59
  6.2 求摄像机l坐标系下的三维点坐标  59-61
  6.3 摄像机移动情况下特征点数据的融合  61-62
  6.4 标定算法和双CCD测量算法的精度分析  62-63
  6.5 本章小结  63-64
第7章 测量数据格式转换及三维模型显示结果  64-71
  7.1 引言  64
  7.2 测量数据输出及三维模型显示  64-67
  7.3 实验结果图与实验数据  67-70
  7.4 本章小结  70-71
第8章 总结与展望  71-73
参考文献  73-76
在读期间科研成果简介  76-77
声明  77
学位论文版权使用授权书  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统
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