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用于曲面重构的刚体位姿视觉测量方法

作　者: 马向南
导　师: 李航
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 视觉位姿测量 曲面重构 最小二乘法 相机标定
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要


机器视觉测量技术在制造业、机器人系统、医学辅助诊断技术、视觉导航、精密检测技术、曲面的测量和重构以及军事等领域得到了很大的应用。通过分析国内外机器视觉技术的研究现状和发展趋势，本课题提出了一种用于曲面重构的刚体位姿视觉测量方法。把一个可以看做刚体的手持测量装置作为研究对象。利用视觉测量的原理确定测量的模型，利用P4P理论构建了数学模型，把拍摄的图片经过图像处理后，利用改进的最小二乘算法拟合提取出来的边缘，进而提取特征点的坐标和求出摄像机的内外参数，利用刚体变换理论求出刚体上球形探头的中心坐标，根据半径补偿原理计算出和探头接触的曲面上的点的世界坐标，利用这一过程就可以实现对曲面的重构。本文介绍了测量系统的两个组成部分，给出了各模块的流程图，用MATLAB开发了一套测量系统。本文的主要内容的总结如下：1本文从总体结构上给出了系统的硬件和软件的设计框架，利用MATLAB开发了一套测量系统。利用直方图均衡化估计图像的阀值然后利用高斯平滑滤波器滤除噪声，从而能够很好地抑制图像噪声和控制特征点边缘位置的准确性，选择双阀值的方法分割图像，提取出特征元素的边缘，然后利用基于最小二乘椭圆算法进行拟合，准确的提取特征点的重心坐标。2研究了摄像机的参数标定，对比了几种常用的标定方法，本文采用立体标靶来标定摄像机，并对标定理论进行了详细的研究。将标准量块作为标定物，其角点作为特征点构造数学模型，来完成摄像机的标定。3从理论上介绍了刚体位姿视觉测量的原理，从分析PnP理论模型的基础上确定了测量系统的数学模型，并给出了求解刚体位姿的计算方法。4搭建了实验平台，进行了摄像机标定实验和系统的测量的实验。从实践中证明本课题所研究的测量方法的可行度。并把实验结果和精密仪器所测结果进行对比，分析系统的精度、速度和可靠度，最后证明了测量方法是可行的。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题研究背景及意义  8-10
  1.2 机器视觉技术的研究现状及发展趋势  10-16
    1.2.1 机器视觉技术的概述  11-12
    1.2.2 机器视觉技术的国内外研究现状及发展趋势  12-16
  1.3 课题研究内容  16-18
第2章 测量系统的设计  18-24
  2.1 测量系统的总体结构设计  18-19
  2.2 系统的硬件模块设计  19-21
    2.2.1 图像获取模块  19-21
    2.2.2 图像采集模块  21
  2.3 系统的软件设计  21-23
    2.3.1 系统的开发平台  21-22
    2.3.2 图像处理  22
    2.3.3 摄像机标定  22-23
    2.3.4 系统总体软件设计  23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 摄像机标定  24-36
  3.1 摄像机成像模型  24-28
  3.2 常用摄像机标定方法  28-29
    3.2.1 传统摄像机标定方法  28
    3.2.2 透视变换矩阵标定方法  28
    3.2.3 主动视觉摄像机标定方法  28-29
    3.2.4 摄像机自标定方法  29
  3.3 三维立体标靶及标定的原理和方法  29-33
    3.3.1 三维立体标定靶  29
    3.3.2 相机标定原理  29-33
  3.4 摄像机的标定实验  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章 图像处理  36-62
  4.1 图像预处理  36-51
    4.1.1 图像去噪处理  37-44
    4.1.2 图像分割处理  44-45
    4.1.3 边缘检测  45-51
  4.2 目标特征坐标提取  51-57
    4.2.1 最小二乘法椭圆拟合  51-54
    4.2.2 改进后的最小二乘法椭圆拟合  54-57
  4.3 实验结果分析  57-61
    4.3.1 求解结果  57-59
    4.3.2 实验对比  59-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章 刚体位姿视觉测量原理和方法  62-82
  5.1 刚体位姿视觉测量的原理  63-70
    5.1.1 视觉系统坐标系  63-64
    5.1.2 成像几何基础  64-66
    5.1.3 刚体位姿变换理论  66-70
  5.2 刚体位姿的视觉测量方法  70-81
    5.2.1 刚体位姿测量模型的建立方法  70-75
    5.2.2 刚体位姿视觉测量的位姿描述方法  75-78
    5.2.3 刚体位姿测量计算方法  78-81
  5.3 本章小结  81-82
第6章 实验  82-88
  6.1 系统测量实验  82-86
  6.2 系统的测量误差分析  86-87
  6.3 本章小结  87-88
第7章 结束语  88-90
参考文献  90-94
致谢  94-95
攻读硕士学位期间的研究成果  95

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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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