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光学三维轮廓术系统标定技术研究

作　者: 闫爱美
导　师: 单亦先；任旭虎
学　校: 中国石油大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 构造物理模拟实验三维面形测量相位测量轮廓术特征点检测系统标定
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 121次
引　用: 2次
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内容摘要

构造物理模拟实验是研究地质构造的一种有效方法,是帮助地质学家认识构造变形过程、研究构造形成机制的重要手段。鉴于光学三维测量技术具有非接触、测量速度较快、精度较高等优点,论文采用了基于光学三维测量技术的相位测量轮廓术来完成实验体顶面变形信息的测量。针对实验体顶面变形信息复杂的特点,对测量系统标定、相位展开、图像特征点提取等关键技术进行了深入的研究,具体工作如下:论文在分析了三维面形测量和系统标定国内外现状的基础上,针对实际测量需求,提出了系统标定的总体设计方案,完成了系统硬件选型和调试工作,并对测量流程中图像预处理、相位展开等环节所采用的技术进行了详细说明。实验结果表明该设计方案能较好的恢复标定体的三维轮廓,为系统标定奠定了基础。系统标定分为两部分:Z坐标标定和(X,Y)坐标标定,Z标定用于建立标定体高度和相位差的对应关系,(X,Y)标定是建立图像像素坐标与标定体世界坐标(X,Y)的对应关系。文中研究了系统标定的数学模型,借鉴成熟的标定方法和图像处理技术,将采集的模板图像分成边缘和内部分别进行处理、利用数学形态学连通性进行特征标识,实现了图像特征点的提取,具有较好的抗噪能力,达到了亚像素级的特征点提取精度;同时在分析常用隐式标定方法优缺点的基础上,论文提出了一种新的具有较高标定精度和效率的方法:基于BP和GRNN函数逼近相结合的三维轮廓术系统标定技术,实验表明,此标定方法具有较高的网络推广精度和学习精度。论文建立了系统结构参数与三维轮廓术系统标定精度的数学模型,仿真研究了投影参数、透镜的畸变效应、CCD的非线性效应及图像采集板的量化效应、相位展开算法对测量精度的影响,在此基础上提出了PMP标定系统设计的基本原则。论文所研究的标定模型——基于BP与GRNN函数逼近相结合的隐式标定方法提高了系统标定精度,所提出的基于连通性特征标识提取技术提高了特征点检测的精度和效率,而将模板图像的分部处理具有较好的抗噪能力,达到了亚像素级的特征点检测精度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 光学三维传感技术的发展现状  10-13
    1.2.1 实时三维测量  12
    1.2.2 阴影问题  12-13
    1.2.3 测量系统的校准与优化设计  13
  1.3 基于主动三维传感系统标定技术的现状  13-14
    1.3.1 相位展开技术研究  13
    1.3.2 特征点提取技术研究  13
    1.3.3 摄像机的标定及神经网络技术的应用  13-14
  1.4 本课题主要工作  14-15
第2章光学三维传感技术  15-28
  2.1 光学传感原理  15-19
    2.1.1 FTP 测量原理  15-18
    2.1.2 相位测量轮廓术  18-19
  2.2 相位展开  19-21
  2.3 图像预处理在相位展开中的应用  21-26
    2.3.1 邻域平均法和中值滤波技术  21-22
    2.3.2 自适应维纳滤波  22-23
    2.3.3 小波滤波理论及其应用  23-26
  2.4 本章小结  26-28
第3章系统标定的总体设计  28-33
  3.1 光学三维测量系统的设计  28-30
  3.2 总体测量流程  30-31
  3.3 光学三维轮廓术系统标定的原理  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章图像特征点提取技术研究  33-46
  4.1 常用模板  33-34
  4.2 圆模板特征点提取方法研究  34-35
    4.2.1 能量中心法  34
    4.2.2 二值法  34-35
    4.2.3 基于二次曲线拟合的方法  35
  4.3 特征点提取  35-41
    4.3.1 加窗法的原理  35-36
    4.3.2 连通特征标识  36-37
    4.3.3 改进角点提取方法  37-39
    4.3.4 仿真结果比较  39-41
  4.4 采集图像角点提取  41-44
    4.4.1 数学形态学在预处理中的应用  41-42
    4.4.2 加窗法处理采集图像  42-43
    4.4.3 特征标识法  43-44
  4.5 本章小结  44-46
第5章系统标定技术研究  46-65
  5.1 系统纵向标定原理  46-54
    5.1.1 系统标定结构分析  46-49
    5.1.2 与系统结构无关的隐式标定方法  49-54
  5.2 系统横向标定原理  54-57
  5.3 神经网络在系统标定中的应用  57-62
    5.3.1 基于BP 网络设计  58
    5.3.2 基于RBF 网络设计  58-59
    5.3.3 基于BP 和GRNN 的函数逼近结合设计  59-60
    5.3.4 标定实验与结果分析  60-62
  5.4 软件系统功能界面设计  62-64
  5.5 本章小结  64-65
第6章系统标定精度和系统误差分析  65-73
  6.1 系统误差  65-66
  6.2 标定误差  66
  6.3 计算方法误差  66-67
  6.4 图像质量引起的误差  67
  6.5 光栅自身参数对测量的影响  67-72
  6.6 本章小结  72-73
第7章总结  73-74
参考文献  74-79
致谢  79

光学三维轮廓术系统标定技术研究

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