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机器视觉车轮定位系统的摄像机标定技术研究

作　者: 薛瑾
导　师: 牛连强
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 车轮定位摄像机标定圆心投影点自动匹配粒子群优化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机器视觉在生产检测、生物医疗、军事等多个领域得到日益广泛的应用。基于机器视觉的车轮定位检测系统相对传统的机械测量方法具有非接触、测量方便、快速、精准、易于维护、性价比优异等优点。摄像机标定技术是机器视觉获取三维空间信息的前提和基础,对整个系统性能起着十分关键的作用。本文基于车轮定位检测系统对摄像机标定技术进行了分析与总结,围绕摄像机高精度标定的目标,按照摄像机标定的过程,对其中的关键问题进行了重点研究。采用基于圆形图案平面标定物的传统摄像机标定方法对摄像机内外参数进行标定。首先在摄像机线性成像模型下,研究了圆形目标在透视投影变换过程中所产生的圆心偏差。基于透视投影变换过程以及空间解析几何理论,使用同心圆方案快速准确地获取图像中圆形目标圆心真实投影点。然后,对圆形标志点匹配问题进行研究,设计了一种可以进行标识点全自动匹配的标靶图案。利用四个特征圆的拓扑关系,能够正确的进行标志点的检测和匹配,摆脱标定过程中的人工干预。在线性模型下,计算单应性矩阵求解摄像机部分内参数和外参数,在非线性模型下再次利用同心圆方案求解畸变参数。最后采用粒子群优化方法对摄像机的内参数进行优化。对标准粒子群优化算法的参数进行分析,考虑了种群大小等因素,选取合适的惯性权重和学习因子参数,达到较好的收敛效果。设计了基于单目视觉的摄像机(数码相机)固定,拍摄目标盘(平面模板)运动获取若干图像数据的实验,利用基于圆形图案特征点匹配的摄像机标定方法和基于次曲线对应的摄像机标定方法同时对摄像机(数码相机)内外参数进行计算。实验结果表明,利用圆形图案特征点匹配的方法标定精度较高,具有良好的应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 三维成像四轮定位仪的检测方法  11-12
  1.3 摄像机标定方法的研究现状  12-16
    1.3.1 传统的摄像机标定方法  13-15
    1.3.2 摄像机自标定方法  15
    1.3.3 基于主动视觉的摄像机标定方法  15-16
    1.3.4 适用于车轮定位检测系统的摄像机标定方法  16
  1.4 研究目标与主要工作  16-18
第二章摄像机标定技术的理论基础  18-30
  2.1 参考坐标系  18-20
  2.2 摄像机成像模型  20-24
    2.2.1 线性模型(针孔模型)  21-22
    2.2.2 非线性模型  22-24
  2.3 摄像机成像过程  24-25
  2.4 单应性矩阵  25
  2.5 标定的目标参数  25-26
  2.6 摄像机标定过程  26-30
第三章基于圆形特征点匹配的摄像机标定  30-43
  3.1 圆心真实投影点的提取方法  30-32
  3.2 基于圆形标识点的自动匹配  32-35
    3.2.1 标靶图案设计  33-34
    3.2.2 标识点匹配  34-35
  3.3 内外参数求解  35-39
    3.3.1 线性模型下内外参数求解  35-37
    3.3.2 畸变参数求解  37-39
  3.4 实验与分析  39-43
    3.4.1 圆心真实投影点提取效果的验证  39-41
    3.4.2 基于圆形标志点自动匹配效果的验证  41-43
第四章基于粒子群算法的摄像机参数优化  43-51
  4.1 标准粒子群优化算法  43-44
  4.2 基于PSO的摄像机参数优化步骤  44-46
  4.3 参数设置分析  46-48
    4.3.1 参数控制概述  46-47
    4.3.2 参数制约关系  47-48
  4.4 实验与分析  48-51
第五章实验与分析  51-60
  5.1 实验设计  51-52
  5.2 基于圆形图案特征点匹配的方法与粒子群优化技术  52-55
  5.3 基于平面二次曲线对应的方法  55-59
  5.4 结果分析  59-60
第六章结论  60-61
参考文献  61-64
在学研究成果  64-65
致谢  65

机器视觉车轮定位系统的摄像机标定技术研究

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