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C型臂系统精度分析及标定方法研究

作　者: 王洋
导　师: 张涛
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械工程
关键词: C型臂运动学模型空间测量精度分析标定
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

实时三维成像系统的定位精度是关系到成像之后对病灶高精度位置定位,C型臂是实时三维成像系统的重要组成部分,关系到定位精度。基于此问题,本文对C型臂结构系统进行了分析,对用于C型臂系统标定的双目测量系统进行了深入研究。首先,阐述了三维测量技术的研究现状,提出了基于立体视觉的双目测量系统标定思路,并进行数学建模和关键技术实现。其次,详细阐述了C型臂机械系统设计和精度情况,论述了各轴机械设计基本原理以及精度分析,结合C型臂的结构特点和运动规律,建立了C型臂运动方程组。再次,给出了双目视觉三维测量方法的测量原理、数学模型、系统基本构成以及工作流程,并对摄像机的线性模型和畸变进行了分析研究。然后,介绍了空间测量定位系统平台的具体构成以及在该系统中进行的摄像机标定和三维重建实验,并由两个摄像机标定参数来求解标志圆点中心的空间距离,与标定板靶标之间的距离比较,对重建结果进行了评价。最后,将研究的双目视觉测量系统应用于C型臂中,根据实际使用需求确定系统的有效视场和测量精度,得到空间测量定位系统的结构,建立系统精度分析的数学模型,进行MATLAB仿真,模拟出对应的测量空间范围。结果表明系统精度满足技术指标要求,为后续扩展应用研究打下了重要理论和实验基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 C型臂简介  11-13
    1.2.1 C型臂  11-12
    1.2.2 C型臂系统误差分析  12-13
    1.2.3 三轴C臂系统外形及现有主要技术指标  13
  1.3 三维测量技术综述  13-19
    1.3.1 常见的测量系统  14-16
    1.3.2 摄影测量系统研究综述  16-19
  1.4 论文的主要研究意义、研究内容和组织结构  19-21
    1.4.1 研究意义  19
    1.4.2 论文进行的主要研究内容  19-20
    1.4.3 论文的总体组织结构  20-21
第2章 C型臂系统结构精度及运动模型  21-37
  2.1 C臂系统一般设计要求  21
  2.2 C臂四个轴系结构  21-29
    2.2.1 P轴系结构  22-24
    2.2.2 C轴系结构  24-27
    2.2.3 Z轴系结构  27-28
    2.2.4 L轴系结构  28-29
  2.3 精度分析  29-30
    2.3.1 P轴系精度  29
    2.3.2 C轴系精度  29
    2.3.3 Z轴系精度  29
    2.3.4 L轴系精度  29-30
  2.4 转角位置测量  30-31
    2.4.1 P轴位置精度计算  30
    2.4.2 C轴位置精度计算  30-31
  2.5 运动模型  31-35
    2.5.1 坐标变换  31-33
    2.5.2 齐次变换  33-34
    2.5.3 运动学分析  34
    2.5.4 运动模型方程  34-35
  2.6 本章小结  35-37
第3章空间测量定位系统原理  37-51
  3.1 空间测量定位系统  37-41
    3.1.1 针孔模型和透视变换  37-38
    3.1.2 双目视觉空间定位原理  38-39
    3.1.3 双目视觉空间定位数学模型  39-41
  3.2 系统组成及结构  41-43
    3.2.1 基于双目的定位系统构成  42
    3.2.2 系统工作流程  42-43
  3.3 摄像机模型及畸变分析  43-48
    3.3.1 图像、摄像机与世界坐标系  44-45
    3.3.2 线性摄像机模型  45-47
    3.3.3 畸变分析  47-48
  3.4 本章小结  48-51
第4章标定方法及实验验证  51-67
  4.1 空间测量定位系统  51-52
  4.2 两步法标定  52-60
    4.2.1 概述  52-53
    4.2.2 标定原理  53-57
    4.2.3 标定实验  57-60
  4.3 空间重建  60-65
    4.3.1 空间重建原理  60-62
    4.3.2 重建实验  62-65
  4.4 本章小结  65-67
第5章双目立体视觉系统应用分析  67-77
  5.1 有效视场分析  67-68
  5.2 测量方式分析  68-70
    5.2.1 双摄像机系统结构  68-69
    5.2.2 单摄像机系统结构  69-70
    5.2.3 系统选择  70
  5.3 精度分析模型  70-73
  5.4 系统评价  73-76
  5.5 本章小结  76-77
第6章总结与展望  77-79
  6.1 论文的主要工作总结  77-78
  6.2 研究展望  78-79
参考文献  79-85
在学期间学术成果情况  85-86
指导教师及作者简介  86-87
致谢  87

C型臂系统精度分析及标定方法研究

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