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基于激光扫描与拼接的热态大型锻件视觉测量方法研究

作　者: 李亮
导　师: 赵转萍
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 立体视觉激光扫描数据拼接图像处理匹配重建热态大型锻件
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 90次
引　用: 1次
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内容摘要

随着现代工业技术的迅速发展,大型锻件的生产变得日益重要。大型锻件的尺寸是锻件生产中必须及时检测的一项重要指标。长期以来,在锻造过程中对高温锻件尺寸的测量采用人工目测的方法,造成锻件尺寸一般都比规定值多出较大的余量(锻件平均损耗量为15%)。本文的研究目的是采用双目立体视觉技术,构建热态大型锻件的非接触视觉测量系统,以改变大型锻件恶劣生产环境下,测量技术落后、测量误差较大的现状。针对被测对象表面热态特点,采用绿色一字线激光器扫描的方式,解决了立体视觉对应点匹配的问题;针对被测对象轴向尺寸大的特点,采用数据拼接的方法,解决了多站多段数据的坐标统一问题。在分析相机各种标定方法的基础上,采用张氏平面标定法,从单个相机的标定推广到立体视觉系统的标定,在Matlab开发环境下,实现了本文视觉测量系统的较高精度标定。采用了数字滤光技术,消除了强光干扰的影响;采用中值滤波技术,消除了随机噪声影响;通过分段灰度线性变换,有效改善图像质量;通过畸变修正,消除了畸变误差;端线特征采用Canny边缘检测的方法提取特征边缘,截面光束则采用固定阈值化、形态学腐蚀、细化处理的方法提取特征中心骨架;采用自适应阈值化、基于递归的二值图像连通域中心提取的方法提取拼接标志点;采用极线校正技术,消除了左右图像在垂直方向上的视差;采用SVD分解的方法进行测量站点间数据的拼接。在深入进行理论研究的基础上,本文构建了基于激光扫描与拼接的热态大型锻件的视觉测量系统,编写了测量软件,并对圆筒型热态锻件实物进行了的两站点测量实验。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
图、表清单  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题背景及意义  11-13
  1.2 热态大型锻件测量的研究现状  13-17
    1.2.1 国外研究现状  13-15
    1.2.2 国内研究现状  15-17
  1.3 双目视觉测量技术的基本原理  17-18
  1.4 本论文的主要研究内容  18-19
第二章测量系统的设计  19-28
  2.1 测量系统的总体方案设计  19-21
    2.1.1 测量系统硬件方案设计  19-20
    2.1.2 测量系统软件方案设计  20-21
  2.2 主要设备选型与分析  21-24
    2.2.1 摄像机  21-22
    2.2.2 半导体绿色一字线激光器  22
    2.2.3 步进电机与其控制驱动器  22-24
    2.2.4 标定块与拼接块  24
  2.3 系统的软件环境  24-28
    2.3.1 Visual c++  25
    2.3.2 OpenCV  25-26
    2.3.3 MATLAB  26
    2.3.4 VC 与MATLAB 混编  26-28
  2.4 本章小结  28
第三章视觉测量系统的标定  28-44
  3.1 坐标系统与摄像机模型  29-32
    3.1.1 坐标系统  29-30
    3.1.2 摄像机模型与坐标变换  30-32
  3.2 标定方法分析  32-34
    3.2.1 基于三维标定物的标定方法  32
    3.2.2 基于二维标定物的标定方法  32-33
    3.2.3 基于一维标定物的标定方法  33
    3.2.4 基于零维标定物的标定方法  33-34
  3.3 基于Matlab 张氏平面标定法的改进  34-40
    3.3.1 靶标图像特征点提取  34-35
    3.3.2 基于线性模型的最大似然估计  35-38
    3.3.3 基于非线性模型的最大似然估计  38-39
    3.3.4 计算结构参数  39
    3.3.5 基于Matlab 张氏平面标定法的编程实现  39-40
  3.4 标定结果与误差分析  40-43
    3.4.1 标定结果  40-41
    3.4.2 标定误差分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章图像处理  44-57
  4.1 图像预处理  44-47
    4.1.1 热态强光干扰的滤除  44-45
    4.1.2 随机噪声的滤除  45
    4.1.3 图像增强  45-47
      4.1.3.1 灰度线性变换  46
      4.1.3.2 灰度分段线性变换  46-47
  4.2 图像畸变修正  47-48
    4.2.1 插值算法  47
    4.2.2 畸变修正  47-48
  4.3 端线、光束特征提取  48-54
    4.3.1 端线特征提取  49-51
      4.3.1.1 边缘检测原理与算法分析  49-50
      4.3.1.2 Canny 边缘检测  50-51
    4.3.2 光束特征提取  51-54
      4.3.2.1 固定阈值化  51-52
      4.3.2.2 形态学腐蚀  52-53
      4.3.2.3 细化处理  53-54
  4.4 拼接块图像处理方法  54-56
    4.4.1 自适应阈值化  54-55
    4.4.2 拼接标志点提取  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章立体匹配、重建与数据拼接  57-70
  5.1 立体匹配  57-64
    5.1.1 极线校正  57-63
      5.1.1.1 极线几何  57-58
      5.1.1.2 基本矩阵  58-59
      5.1.1.3 极线校正  59-63
    5.1.2 对应点匹配  63-64
  5.2 三维重建  64-65
    5.2.1 三维重建  64-65
    5.2.2 尺寸测量与精度分析  65
  5.3 数据拼接  65-69
    5.3.1 基于多视角的数据拼接方法  66
    5.3.2 本文的拼接方法  66-69
      5.3.2.1 拼接点对应算法  66-67
      5.3.2.2 SVD 分解进行数据拼接  67-68
      5.3.2.3 拼接精度评定  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章测量实验与精度分析  70-75
  6.1 双目视觉系统误差分析与锻件测量系统构建  70-71
  6.2 圆筒类锻件模拟测量  71-73
  6.3 评定原则与精度分析  73-74
  6.4 本章小结  74-75
第七章总结与展望  75-77
  7.1 全文总结  75
  7.2 后续展望  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81

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