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基于交比不变量的单目视觉目标定位测量方法

作　者: 陈虹
导　师: 王向军
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 单目视觉测量交比不变量迭代最优阈值分割误差分析
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文主要内容是基于交比不变量的单目视觉坐标测量方法。与其他双目视觉、多目视觉相比,单目视觉以体积小、成本低、标定过程较简便、图像处理算法简单等优势,在平面测量以及平面检测定位方面发挥着重要的作用。第一章主要介绍了课题研究背景,国内外研究现状以及其应用领域。第二章介绍了单目视觉测量的理论基础,如摄像机模型与空间几何变换及其不变量等。在此基础上,分析了基于两轴光电平台的单目视觉测量和基于同视场参考点的单目视觉测量两种方法。针对两轴光电平台视觉测量的基本原理、测量模型以及基于MATLAB的精度仿真作了详细地阐述。针对基于同视场参考点的视觉测量方法,分析总结了先前的研究工作,包括测量原理以及该模型存在的问题。第三章主要提出了一种基于交比不变量的单目视觉目标定位测量方案。此方案可以测量视场区域内大地平面上的任意目标点相对靶心的坐标,实现了四象限统一的坐标解算公式。通过在被测视场区域内沿轴系分别摆放一个标志点确定直角坐标系的X轴与Y轴,并在此坐标系内按照一定关系摆放五个标志点,利用全站仪测得其世界坐标值。当目标点落在此坐标系内时,与已知坐标值的标志点连线构成几何约束关系,并利用交比不变的性质建立方程,通过迭代方法解非线性方程组解得目标点的大地坐标,实现目标点位置坐标的测量。此外,本章提出了基于自适应阈值分割的标志点几何中心提取算法、非线性方程的约束条件等。最后,通过分析测量数据,对影响测量精度的因素进行总结与量化,给出误差变化趋势,为提高测量结果稳定性与示值精确性提供了理论支持。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 本论文主要研究内容  10-12
第二章单目视觉理论及测量方法分析  12-34
  2.1 摄像机模型与空间几何变换  12-21
    2.1.1 视觉坐标系  12-14
    2.1.2 摄像机透视投影模型  14-15
    2.1.3 空间几何变换及不变量  15-21
  2.2 基于两轴光电平台的单目视觉测量模型  21-30
    2.2.1 单目视觉测量中心投影原理  22-26
    2.2.2 基于两轴光电平台的视觉测量方法  26-29
    2.2.3 仿真结果分析  29-30
  2.3 基于虚拟直线的单目视觉物点坐标测量方法  30-33
    2.3.1 测量原理分析  30-32
    2.3.2 测量模型存在的问题  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章基于交比不变量的单目视觉定位测量方法  34-44
  3.1 改进的测量方案  34-39
    3.1.1 标志点摆放方式  34-35
    3.1.2 测量模型推导及目标解算  35-39
  3.2 基于图像自适应分割的几何中心提取算法  39-42
    3.2.1 迭代最优阈值分割  39-41
    3.2.2 几何中心提取算法  41-42
  3.3 非线性方程组的求解  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章实验与误差分析  44-60
  4.1 实验设计及数据分析  44-55
    4.1.1 改进方案前后测量结果比较  45-46
    4.1.2 改进测量方法重复性  46-48
    4.1.3 标志点几何约束对测量精度的影响  48-50
    4.1.4 辅助点摆放方式对测量精度影响  50-55
  4.2 交比不变量稳定性分析  55-57
  4.3 拍摄角度与像素误差对测量精度影响  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章总结与展望  60-62
  5.1 课题研究成果  60
  5.2 未来工作展望  60-62
参考文献  62-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66

基于交比不变量的单目视觉目标定位测量方法

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