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基于结构光视觉的物体尺寸测量技术研究

作　者: 冯秀霞
导　师: 曹茂永
学　校: 山东科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 结构光图像处理标定特征点提取亚像素光条中心非接触测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在现代工业应用中,三维测量技术一直是测量领域研究的热点,本文对现有的三维测量方法进行了综述。其中结构光三维视觉测量技术把图像当作传递信息的载体,依据视觉原理,利用数字图像处理的技术对成像进行研究,得到被测物体的尺寸。这种技术重在图像处理和算法上的研究,对外部硬件设备依赖少,具有非接触、高精度、速度快、光条信息利于提取、适合在线检测等优点,得到迅速发展。摄像机定标、特征点的提取、图像处理和三维计算等是结构光视觉检测系统中关键技术。本文先论述了线结构光视觉传感器的原理、结构光视觉系统结构及模型,就目前常用的典型线性标定法、Tsai的两步法和zhang的平面标定法进行比较和研究,并提出了一种线结构光视觉系统的直接标定方法。具体方法是建立视觉传感器测量系统的数学模型,摄取与激光面共面的标定板的图像,基于改进的Harris算法提取标定板上的已知空间坐标的像素级的角点,直接建立角点的图像坐标与空间坐标之间的对应关系,由标定靶上已知的空间坐标和对应的图像坐标得到视觉传感器的模型参数。在结构光视觉检测系统中,保证精度的关键在于能否准确地确定图像中激光光条的中心位置。本文对激光条纹图像进行分析处理,对现有光条中心提取的方法进行了综述,提出一种光条中心坐标提取的新方法。具体步骤是先根据红色激光的特性,提取彩色图像的红色分量,在原有的平均算法的基础上进行光条提取;经滤波和分割图像后,按行扫描二值图像,每行像素值为1的像素确定光条区间,并对其列坐标进行升序排序;每行光条区间内的像素个数为奇数时,直接取中间像素坐标,为偶数时取中间两个像素坐标的平均值,这样可以得到光条中心的精确位置。与现有的方法进行了比较,实验表明此算法显著提高了精度,减小了误差,再次降低噪声,更利于条纹中心线的提取,同时增强激光条纹的完整性。本文完成了结构光视觉传感器标定和激光条纹图像处理的软件设计,然后运用到实际的圆柱体半径测量上,根据模型由被测点图像坐标可得到实际空间坐标,利用计算模型得到半径。实验表明这种方法运行稳定,能够满足系统的测量要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-24
  1.1 课题研究的意义和现状  12-15
  1.2 图像测量系统的组成  15-16
  1.3 三维测量方法综述  16-22
  1.4 本文工作  22-24
2 结构光视觉传感器标定  24-38
  2.1 常用坐标系转换  24-28
  2.2 摄像机成像数学模型  28-29
  2.3 摄像机标定方法  29-33
  2.4 结构光视觉检测原理  33-34
  2.5 结构光视觉检测模型和标定方法  34-38
3 结构光图像预处理  38-57
  3.1 彩色光条图像提取  38-40
  3.2 图像滤波  40-42
  3.3 阈值法图像分割  42-45
  3.4 结构光中心线提取  45-54
  3.5 特征点提取  54-57
4 软硬件平台  57-64
  4.1 硬件平台  57-60
  4.2 MATLAB和VC++概述  60-61
  4.3 软件流程图  61-64
5 实验过程及误差分析  64-79
  5.1 引言  64
  5.2 结构光视觉传感器标定实验  64-70
  5.3 中心线提取  70-74
  5.4 求解圆柱体半径  74-76
  5.5 误差分析  76-79
6 主要成果及展望  79-81
  6.1 主要成果  79-80
  6.2 展望  80-81
致谢  81-82
攻读硕士期间主要成果  82-83
参考文献  83-87

基于结构光视觉的物体尺寸测量技术研究

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