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基于双目视觉的微工作台位姿测量方法研究

作　者: 杨松鸽
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: 双目视觉微工作台位姿测量特征点
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

国内外在对微机械的几何量进行检测时,由于微机械具有结构尺寸微小而且承载能力也很微小的特点,不便于安装用于几何量检测的传感器,因此,微机械的几何量检测只能采用非接触测量。而现有的测量方法主要用于微机械的三维形貌和三维尺寸静态测量、轮廓运动测量和系统动态性能测量,检测到的信息根本无法精确描述微机械(如:微机械运动平台)的位姿,而测量是控制的基础,因此也就无法对它进行运动精度的检测和评价。针对上述情况,本文提出了一种测量微工作台位姿的方法,该方法基于双目视觉的原理,得到了微工作台在三维空间的位置和姿态,进而可以检测到微工作台在每个采样时间的运动误差。本文研究内容主要有以下几点:1.本文把微机械抽象为具有规则形状的矩形平台,即本文的微工作台,以微工作台的四个角点作为特征点,基于双目视觉的原理,结合坐标变换,得到了基于角点特征的微工作台三维位姿求解方法,由于是线性方程,存在解析解,故无需迭代求解计算。2.研究了摄像机的参数标定,对比了摄像机的线性标定方法和非线性标定方法。在张氏模板标定法的基础上,建立了摄像机的非线性标定。3.搭建了基于三坐标测量机的实验平台,提取了特征角点,结合坐标转换,得到了四个角点的世界坐标,在三坐标测量机上验证了该方法可行性。在实验的基础上,讨论了影响测量精度的因素,从理论角度验证了该方法的可行性。总之,本文运用双目视觉的原理围绕微工作台的位姿进行研究,得到了基于特征角点的微工作台位姿的求解方法,为后续微工作台误差的检测和评价方法提供了理论基础。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章绪论  7-13
  1.1 课题研究背景  7-8
  1.2 机器视觉的现状及发展  8-12
    1.2.1 机器视觉在国内外的现状  8-10
    1.2.2 机器视觉的发展  10-12
  1.3 本文主要内容  12-13
第2章基于特征元素的刚体三维位姿描述方法  13-25
  2.1 刚体变换理论  13-18
    2.1.1 旋转矩阵  14-15
    2.1.2 四元数  15-18
  2.2 基于特征点的位姿描述方法  18-21
    2.2.1 点的中心投影成像方程  18-20
    2.2.2 基于角点的位姿描述方法  20-21
  2.3 基于特征直线的位姿描述方法  21-24
    2.3.1 直线的中心投影成像方程  22-23
    2.3.2 基于直线的位姿描述方法  23-24
  2.4 小结  24-25
第3章微工作台位姿测量原理与方法  25-43
  3.1 双目立体视觉测量原理  25-30
    3.1.1 坐标转换  25-28
    3.1.2 摄像机成像模型  28-30
  3.2 摄像机的标定  30-35
    3.2.1 利用透视变换矩阵的标定方法  30-33
    3.2.2 其他的标定方法  33-34
    3.2.3 摄像机相对位置的确定  34-35
  3.3 微工作台位姿测量原理和方法  35-42
    3.3.1 微工作台位姿的测量原理  35-37
    3.3.2 微工作台坐标系的建立  37-41
    3.3.3 微工作台位姿的求解  41-42
  3.4 小结  42-43
第4章测量实验  43-54
  4.1 引言  43-45
  4.2 相机的标定实验  45-47
  4.3 微工作台位置和姿态测量实验  47-51
    4.3.1 微工作台位置测量实验  47-51
    4.3.2 微工作台姿态测量实验  51
  4.4 关于系统精度的讨论  51-53
    4.4.1 硬件误差  52
    4.4.2 软件误差  52-53
  4.5 小结  53-54
第5章结论  54-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
攻读硕士学位期间的研究成果  60

基于双目视觉的微工作台位姿测量方法研究

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