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基于双CCD的编码靶标型无导轨三坐标测量系统的研究

作　者: 何迪
导　师: 邱宗明；赵敏
学　校: 西安理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 编码靶标 无导轨 坐标测量 视觉测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


现代科技的快速发展,使物体的三维设计、模具设计制造、产品检测及微变量测量越来越受到重视,特别是大尺寸不规则自由曲面、形体的三维测量,如飞机、汽车的模具外形、发动机外壳等。如何快速、高精度地获取大型物体三维表面数据已成为现代工业发展中一个重大难题。随着电子、光学、计算机技术日趋完善,以及人们在图像处理、模式识别、人工智能技术等领域取得了巨大成就,以工业化的CCD (Charge Coupled Device)摄像机、半导体激光器和液晶光栅技术及电子产品(计算机、图像采集系统和低级图像处理系统等)为基础的无导轨三维快速测量技术成为国内外研究发展的热点和重点。课题借鉴条码型水准尺高程测量系统采用的测量原理,以编码靶标为核心,利用数字编码靶标具有的全息特性及图像传感器,仅需获取靶标局部编码信息,通过空间坐标变换及信息处理,就可得到大范围信息的方法,来完成高分辨率、小视场图像传感器实现大范围的三维坐标测量。本文完成的主要工作有：①通过分析目前国内外的三坐标测量技术,提出了利用编码靶标实现无导轨三坐标测量的方法；②研究测量系统的工作原理,完成了系统的总体结构设计,以及靶标的设计；③针对系统的结构及测量原理,设计了投影成像法与透视成像法两种数学模型,建立了相应的测量方程组；④完成了测量软件的设计,详细阐述了通过图像处理获取测量方程组中各未知参数的方法；⑤搭建坐标测量实验平台,进行了原理性实验、重复性实验、定点测量实验与测量精度实验；⑥分析了系统的测量精度；针对测量系统可能的误差来源,分析了误差产生的原因,并提出了相应的改进措施。文章利用计算机视觉测量技术及条形码的全息特性,提出一种基于图像传感器与编码靶标的无导轨三坐标测量系统,通过理论研究与实验分析表明靶标可以以不同方位实现坐标测量,为大型物体的三维表面提供了一种无导轨测量的新方法。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 无导轨坐标测量技术研究背景与意义  9
  1.2 无导轨坐标测量技术研究现状  9-11
  1.3 无导轨视觉坐标测量技术  11-15
  1.4 课题研究的主要内容  15-16
2 系统的测量原理  16-23
  2.1 测量系统的结构设计  16-17
  2.2 编码靶标的设计  17-22
    2.2.1 条码技术  17-18
    2.2.2 编码原理  18-19
    2.2.3 靶标的设计  19-22
  2.3 本章小结  22-23
3 测量系统的数学模型  23-32
  3.1 透视成像法  23-26
    3.1.1 摄像机模型  23-24
    3.1.2 数学模型  24-26
  3.2 投影成像法  26-31
    3.2.1 数学模型  28-29
    3.2.2 参数的求取  29-31
  3.3 方案比较  31
  3.4 本章小结  31-32
4 测量软件的设计  32-49
  4.1 图像采集  32
  4.2 图像预处理  32-43
    4.2.1 灰度化  33-35
    4.2.2 图像分割  35-39
    4.2.3 形态滤波  39-42
    4.2.4 标记  42-43
  4.3 获取参数  43-48
    4.3.1 最小二乘法直线拟合  43-45
    4.3.2 投影成像法参数  45-47
    4.3.3 透视成像法参数  47-48
  4.4 本章小结  48-49
5 实验验证及结果  49-58
  5.1 实验平台的搭建  49-50
  5.2 测量实验  50-57
    5.2.1 原理性实验  50-52
    5.2.2 重复性实验  52-54
    5.2.3 定点测量实验  54-55
    5.2.4 测量精度实验  55-57
  5.3 本章小结  57-58
6 测量精度与误差分析  58-65
  6.1 系统的测量精度  58-61
    6.1.1 角度误差及距离对精度的影响  58-60
    6.1.2 不同倾角对x、y坐标精度的影响  60-61
  6.2 成像系统的误差  61-63
    6.2.1 光学畸变误差  61-62
    6.2.2 图像传感器的噪声  62-63
    6.2.3 摄像机的安装误差  63
  6.3 算法误差  63-64
    6.3.1 阈值选取  63-64
    6.3.2 形态滤波  64
  6.4 随机误差  64
  6.5 本章小结  64-65
7 总结与展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-69
附录A 实验现场  69-70
作者论文发表情况  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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