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基于不对称双目机器视觉的嵌入式尺寸测量系统
作 者: 李健
导 师: 毛维杰
学 校: 浙江大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 不对称双目机器视觉 嵌入式测量装置 尺寸测量 特征提取
分类号: TP368.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
传统的基于单目视觉的尺寸测量方法使用单幅图像反映待测物尺寸的全貌,当需要对某些大尺寸复杂零件的整体和局部同时进行测量,或者待测物几何尺寸会发生较大改变时,某些几何尺寸相对较小的部位由于占有像素数较少而无法实现较高精度的测量。而且,现有的视觉测量装置往往是基于PC机的,其经济性与灵活性不能满足工业测控的需求,因此对嵌入式视觉测量方法及装置的研究具有重要的现实意义。本文结合双目机器视觉和单目机器视觉的特点,设计并实现了一种基于不对称双目机器视觉的嵌入式尺寸测量系统,完成对待测物大尺寸和小尺寸部件的同时测量。整个测量过程完全在基于ARM的嵌入式软硬件平台上实现,通过客户端自带的浏览器,可以实现远程操作和监控。主要研究内容如下:1.提出了一种基于不对称双目立体视觉技术的测量方法和几何尺寸测量步骤,并设计了基于ARM的嵌入式软硬件实现方案,对其中的重要设备选型原则作了说明。2.在研究图像边缘提取算法时,提出了一种结合Sobel算法和Zernike矩算法的亚像素边缘提取算法,以及一种Sobel-Zernike-Forstner亚像素角点提取算法。在此基础上,运用基于平面方格点的摄像机标定方法,实现了对系统的标定。3.利用一种基于极线约束、特征匹配与区域匹配相结合的立体匹配方法,结合本双目视觉不对称的实际,匹配若干图像边缘点对,得到其对应空间点的空间位置,结合本文提出的平面确定方法,得到测件所在平面的空间位置;一旦得到了测量平面的位置,只需合适的单摄像机,就可完成需要的平面尺寸参数测量。4.完成了嵌入式样机的制作。硬件部分,完成了系统的选型与构建;软件部分,通过EVC开发平台将对摄像机的操作以及尺寸测量相关的各种算法封装成COM组件,采用"ASP+COM"的结构技术,实现了远程操作和监控。通过对圆参数测量的验证实验表明,本嵌入式测量系统能够实现预期的功能。
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全文目录
致谢 5-6 摘要 6-7 Abstract 7-9 目录 9-11 第1章 绪论 11-21 1.1 课题研究的目的和意义 11-12 1.2 基于机器视觉的测量技术的研究现状 12-17 1.2.1 机器视觉 12 1.2.2 基于机器视觉的测量技术概述 12-14 1.2.3 基于机器视觉的测量技术国内外研究现状 14-16 1.2.4 嵌入式系统在机器视觉中的应用 16-17 1.3 双目立体视觉测量原理 17-18 1.4 论文研究的内容及章节安排 18-21 第2章 测量方法和系统结构设计 21-33 2.1 基于不对称双目机器视觉的尺寸测量方法及其主要步骤 21-23 2.1.1 基于不对称双目机器视觉的尺寸测量方法原理 21-22 2.1.2 基于不对称双目机器视觉的尺寸测量主要步骤 22-23 2.2 基于不对称双目机器视觉的尺寸测量方法的关键技术 23-24 2.3 基于不对称双目机器视觉的嵌入式尺寸测量系统结构 24-32 2.3.1 摄像机 25-28 2.3.2 镜头 28-30 2.3.3 嵌入式图像处理平台 30-31 2.3.4 嵌入式操作系统 31-32 2.4 本章小结 32-33 第3章 图像特征提取 33-47 3.1 边缘检测 33-40 3.1.1 经典边缘检测算子 33-34 3.1.2 改进Zernike法边缘检测算法及实验分析 34-37 3.1.3 实验比较 37-40 3.2 角点提取 40-45 3.2.1 角点提取算法 40-43 3.2.2 实验比较 43-45 3.3 本章小结 45-47 第4章 视觉系统标定 47-59 4.1 摄像机成像几何模型 47-51 4.1.1 图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系 47-49 4.1.2 针孔成像模型 49-50 4.1.3 空间点与像点的非线性关系分析 50-51 4.2 基于平面方格点的摄像机标定 51-55 4.3 不对称双目机器视觉系统标定 55-57 4.3.1 视觉系统的结构参数确定 55-56 4.3.2 标定步骤 56-57 4.4 本章小结 57-59 第5章 测量平面确定与平面点坐标恢复 59-67 5.1 测量平面的确定 59-65 5.1.1 双目匹配 59-62 5.1.2 测量平面的确定 62-65 5.2 平面点坐标恢复 65 5.3 本章小结 65-67 第6章 嵌入式测量系统样机实现与测试 67-81 6.1 样机总体实现 67-76 6.1.1 样机软硬件总体结构 67-68 6.1.2 COM组件接口的实现 68-71 6.1.3 ASP程序功能 71-76 6.2 空间圆参数测量验证实验结果及分析 76-79 6.2.1 圆参数测量方法 76-77 6.2.2 验证实验结果及分析 77-79 6.3 本章小结 79-81 第7章 总结与展望 81-83 7.1 全文总结 81-82 7.2 研究展望 82-83 参考文献 83-89 作者简介 89 作者在攻读硕士学位期间参与的科研成果 89
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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 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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