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二目立体测量系统关键技术研究

作　者: 陈江
导　师: 张丽艳
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 二目立体视觉三维重构标定立体匹配极线几何
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

三维测量技术在逆向工程、工业检测、质量控制等领域占有十分重要的地位,基于视觉的测量技术作为一种非接触式的测量手段,与传统的三坐标测量机相比,速度快,量程大,操作方便。直接模拟人的双眼处理景物的二目立体测量是基于视觉测量的最常用的实现方式。建立一个简单灵活的二目立体测量系统具有重要的理论意义和实用价值。本文就这方面内容展开研究,主要研究内容和成果如下:1.以较低的成本建立了一个结构简单的二目立体测量系统的硬件平台,主要包括CCD相机和镜头,图象采集卡、计算机、三角架。在完成测量系统硬件合理配置的基础上,实现了测量系统的软件框架。2.较为系统地研究了二目立体测量系统标定技术。利用一块经过特殊设计的标定板,以张氏标定算法为理论基础,实现了一个稳定可靠的二目立体视觉标定方法。3.通过在物体表面粘贴圆形特征点的方法,综合图象特征提取、极线校正、特征匹配、光学三角法等技术,实现了三维数据的获取。4.在硬件选型调试、软件系统开发、系统标定以及基于特征点的三维重建等工作的基础上,建立了一个二目立体测量原型系统,并用测量实例对原型系统进行了验证。特征点的三维测量对物体表面拟合和三维重构具有重要意义,为课题组下一步工作奠定了基础。

全文目录

第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 基于视觉的测量方法综述  10-13
    1.2.1 摄影测量法(Photogrammetry)  11
    1.2.2 立体视觉测量(Stereo vision)  11-12
    1.2.3 结构光测量(Structured light)  12
    1.2.4 从X 恢复形状(Shape from X)  12-13
  1.3 选题依据及研究内容  13-16
    1.3.1 选题依据  13-14
    1.3.2 研究内容  14-15
    1.3.3 结构安排  15-16
第二章测量系统组成  16-27
  2.1 系统结构  16-17
  2.2 系统硬件选择  17-24
    2.2.1 概述  17-19
    2.2.2 系统硬件设计要求  19
    2.2.3 CCD 的选择  19-21
    2.2.4 镜头的选择  21-22
    2.2.5 图象采集卡的选择  22-24
    2.2.6 其他器材的选择  24
  2.3 软件平台的建立  24-25
  2.4 本章小节  25-27
第三章 CCD 相机的标定  27-42
  3.1 CCD 相机模型  27-30
    3.1.1 线性相机模型  27-29
    3.1.2 非线性相机模型  29
    3.1.3 二目立体视觉模型  29-30
  3.2 标定方法综述  30-32
    3.2.1 利用最优化算法的标定方法  30-31
    3.2.2 利用相机透视变换矩阵的标定方法  31
    3.2.3 考虑畸变补偿的两步法  31
    3.2.4 双平面标定方法  31
    3.2.5 相机自标定方法  31-32
    3.5.6 张氏平面标定法  32
  3.3 本文的二目立体测量系统标定  32-38
    3.3.1 标定板特征点信息的获取  33-35
    3.3.2 计算内外部参数  35-37
    3.3.3 计算畸变系数  37-38
    3.3.4 确定两个相机相对位置  38
    3.3.5 标定误差检验  38
  3.4 标定结果及分析  38-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章基于特征点的立体重构  42-58
  4.1 三维重构基本原理  42-44
  4.2 特征点的匹配  44-50
    4.2.1 常用匹配方法  44-45
    4.2.2 特征与特征提取  45-46
    4.2.3 极线约束  46-47
    4.2.4 极线校正  47-49
    4.2.5 本文的匹配方法  49-50
  4.3 基于三角法的三维重构技术  50-51
  4.4 应用实例  51-57
    4.4.1 叶片表面重构  51-53
    4.4.2 鼠标表面的重构  53-55
    4.4.3 摩托车前罩的重构  55-57
    4.4.4 误差分析  57
  4.5 本章小结  57-58
第五章总结与展望  58-60
  5.1 全文总结  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
攻读硕士期间发表的论文  64

二目立体测量系统关键技术研究

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