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基于双目立体视觉的表观缺陷三维重建检测评定方法

作　者: 严雨
导　师: 单宝华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 双目立体视觉表观缺陷三维重建检测评定摄像机标定
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

针对土木工程领域结构表观缺陷检测评定的需求，在对双目立体视觉模型、摄像机标定及三维重建方法研究的基础上，集成了结构表观缺陷三维重建检测评定系统，并完成了检测试验。本文的主要研究内容如下：第一，研究双目立体视觉的数学模型，通过DLT标定法、Tsai两步法及张正友标定法的对比试验研究，表明张正友标定法精度最高，确定了张正友基于2D平面靶标的摄像机标定方法，并完成镜头畸变校正；采用极线校准获得平行双目立体视觉模型下的图像对，并通过图像预处理对校正后的图像对进行去噪与亮度平衡；选择区域匹配算法中的去均值归一化灰度互相关系数算法完成图像对初匹配，得到初始视差图，提出了基于概率分布直方图的最大最小视差分析方法优化得到最终视差图；根据平行双目立体视觉模型计算三维点云，采用Delaunay三角剖分法生成自由曲面；同时，对得到的三维点云作进一步的数据挖掘，得出剖面曲线。第二，针对特征点检测无法满足表观缺陷任意点检测的缺点，提出了一种半自动选点表观缺陷检测评定算法，包括长度和宽度、深度以及面积的计算。在此基础上通过MATLAB平台集成了表观缺陷三维重建检测评定系统，进行了半自动选点方法精度试验研究，并与全手动选点测量方法进行对比分析，表明该半自动选点方法具有操作简单且精度高的特点。第三，使用本文集成的表观缺陷三维重建检测评定系统进行了混凝土圆柱、凹坑、凸起试件及泡沫铝板变形检测重建试验。试验结果表明，该系统检测长宽及面积的精度要高于深度精度，重建出的缺陷表面能够正确反映缺陷的实际形状。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题的目的和意义  9-10
  1.2 国内外的研究现状及分析  10-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第2章基于双目立体视觉的三维重建算法  15-44
  2.1 引言  15
  2.2 摄像机透视投影模型  15-17
    2.2.1 线性摄像机模型  15-16
    2.2.2 非线性摄像机模型  16-17
  2.3 双目立体视觉数学模型  17-20
  2.4 摄像机标定  20-26
    2.4.1 单摄像机标定  20-21
    2.4.2 单摄像机标定结果比较  21-24
    2.4.3 双目视觉系统结构参数标定方法  24-25
    2.4.4 镜头畸变的校正  25-26
  2.5 极线几何与极线校准  26-30
    2.5.1 极线几何关系  26-28
    2.5.2 极线校准  28-30
  2.6 图像预处理  30-34
  2.7 图像的立体匹配  34-40
    2.7.1 匹配基元的选择  34-35
    2.7.2 相似性度量因子的选择  35-37
    2.7.3 区域匹配窗口大小的选择  37-38
    2.7.4 视差图的优化  38-40
  2.8 三维重建  40-43
  2.9 本章小结  43-44
第3章表观缺陷三维重建评定系统  44-64
  3.1 引言  44
  3.2 半自动选点表观缺陷检测算法  44-51
  3.3 表观缺陷三维重建检测评定系统  51-56
    3.3.1 系统硬件集成  52-53
    3.3.2 系统软件集成  53-56
  3.4 半自动选点精度分析  56-59
  3.5 与全手动选点精度对比分析  59-63
  3.6 本章小结  63-64
第4章表观缺陷三维重建检测评定试验  64-91
  4.1 引言  64
  4.2 混凝土圆柱检测重建试验  64-71
  4.3 混凝土剥落试件检测重建试验  71-78
  4.4 混凝土凸起试件检测重建试验  78-83
  4.5 泡沫铝板变形检测与重建试验  83-90
  4.6 本章小结  90-91
结论  91-93
参考文献  93-97
致谢  97

基于双目立体视觉的表观缺陷三维重建检测评定方法

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