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视觉图像检测技术教学实验平台的研制

作　者: 孙华纾
导　师: 孙长库
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 线结构光三维扫描测量摄像机标定图像处理教学实验平台
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 45次
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内容摘要

视觉图像检测技术近年来已广泛的应用于现代制造业中,非接触、速度快、柔性好等优点使该技术前景广阔。在测控技术与仪器、光学信息等专业的本科生和研究生的教学中,该技术是的重要的授课内容,但国内各大高校一直缺乏针对性较强的视觉图像检测技术实验仪器。本文研究了视觉图像检测技术和国内视觉图像教学实验仪器的现状,国内市场上已有的教学实验系统偏向于数字图像处理,很少涉及摄像机标定及三维扫描测量技术,为了让学生在一个简单的实验平台上,掌握更多视觉检测中标定和测量等原理,本文在原有工作基础上,设计了一套实验装置,可完成单目摄像机Tsai氏标定、双目摄像机全局标定、双目视觉测量圆孔直径和线结构光扫描三维四个教学实验内容,设计并实现了整体实验平台的控制系统,研究了三维扫描实验的图像处理算法,完善了标定和测量圆孔直径的软件,编写了三维扫描实验的系统软件并优化了整体实验平台界面。学生能够通过这一系列实验,实践学习视觉检测技术的标定原理、图像处理、三维扫描测量基础知识。本平台已用于天津大学测控专业本科生《精密测试基础》课程的实验教学。在教学过程中,学生利用该实验平台,不仅掌握了摄像机标定、视觉图像测量的基本方法,而且对三维扫描测量实验有了基本的认识和了解,对三维扫描技术产生了浓厚的兴趣。经过实际教学效果证明,该平台结构简单,操作方便,能够为学生将来进行视觉图像三维测量研究打下良好的基础,适于在高校范围内推广使用。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 视觉检测技术及其应用  7-9
    1.1.1 视觉检测技术系统构成与工作原理  7-8
    1.1.2 视觉检测技术的应用  8-9
  1.2 视觉图像检测教学仪器的现状研究  9-11
  1.3 本课题的研究意义及主要内容  11-13
第二章视觉图像测量技术  13-24
  2.1 单目摄像机标定原理  13-17
    2.1.1 摄像机透视变换模型  13-15
    2.1.2 单目摄像机标定技术  15-17
  2.2 双目摄像机标定技术  17-18
  2.3 双目视觉测量技术  18-19
  2.4 线结构光扫描测量原理与数学模型  19-24
    2.4.1 线结构光扫描测量原理  19
    2.4.2 扫描测量的两种方式  19-20
    2.4.3 扫描系统结构组成  20
    2.4.4 线结构光传感器视觉模型  20-22
    2.4.5 光平面参数标定方法  22-24
第三章教学实验平台设计  24-33
  3.1 实验平台的组成  24-26
  3.2 实验平台的控制系统  26
  3.3 激光器程控电源的设计  26-27
  3.4 步进电机控制系统的设计  27-29
  3.5 实验平台应用软件的设计  29-33
第四章视觉图像检测教学实验的内容  33-42
  4.1 单目摄像机标定实验  33-34
  4.2 双目摄像机标定实验  34-35
  4.3 双目视觉测量圆孔直径实验  35-36
  4.4 线结构光三维扫描实验  36-37
  4.5 线结构光扫描图像处理  37-42
    4.5.1 图像的预处理  38-39
    4.5.2 图像阈值分割  39-40
    4.5.3 光条的细化  40-42
第五章实验及数据处理  42-48
  5.1 单目摄像机标定实验  42-43
  5.2 双目摄像机标定实验  43-44
  5.3 双目视觉测量圆孔直径实验  44-46
  5.4 线结构光扫描三维测量实验  46-48
第六章全文总结与展望  48-50
  6.1 全文总结  48
  6.2 展望  48-50
参考文献  50-52
发表论文和科研情况说明  52-53
致谢  53

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