基于主動視覺的大空間坐標測量關鍵技術研究.pdf

1、針對固定式單攝像機坐標測量系統(tǒng)在大空間測量時測量精度低的問題,本文提出了主動視覺測量的新構(gòu)想。課題“基于主動視覺的大空間坐標測量關鍵技術研究”的主要目的是將主動視覺引入現(xiàn)有的基于光學測棒的固定式單攝像機坐標測量系統(tǒng)中,探討研究一種新的視覺坐標測量方法,以提高大空間測量精度。對這一新的測量系統(tǒng)的關鍵技術如:主動視覺坐標測量建模、移動光學測棒的捕獲、移動光學測棒的跟蹤、攝像機相對轉(zhuǎn)臺位姿現(xiàn)場校準等進行了深入研究,并提出了解決方案。
　

2、　本文研究了主動視覺坐標測量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了測量模型。在測量過程中,光學測棒隨著被測工件上的被測點改變而移動,系統(tǒng)首先通過攝像機變焦、偏擺和俯仰捕獲并跟蹤移動中的光學測棒,使不同測距處的光學測棒都以合適的大小成像于CCD中央?yún)^(qū)域;再根據(jù)固定式單攝像機坐標測量模型計算光學測棒測尖也即被測點在此時系統(tǒng)姿態(tài)下的三維坐標;最后通過坐標變換將系統(tǒng)各姿態(tài)下測得的點的三維坐標拼接在世界坐標下,實現(xiàn)對大型工件的點位坐標測量。
　　對移動中的光學

3、測棒的捕獲是指當測棒移動時,攝像機鏡頭經(jīng)過變焦和對焦來捕獲移動中的光學測棒,使其在像面上仍成大小合適且清晰的圖像。本文對變焦鏡頭做分級變焦,即先根據(jù)測距范圍和成像目標占像面百分比劃分鏡頭的變焦等級,再估計出變焦鏡頭的焦距輸出曲線,最后在該曲線上快速定位各級焦距,可以獲得光學測棒大小合適的圖像;為了獲得光學測棒上特征光點的清晰圖像,本文提出一種將對焦深度法和離焦深度法結(jié)合的自動對焦方法,即先用基于退化圖像二階微分自相關的離焦深度法粗估計出

4、正確對焦位置后,再用對點光源的靈敏度最高的Variance函數(shù)作為清晰度評價函數(shù)的對焦深度法在該位置附近搜索正確對焦位置。實驗結(jié)果表明在全測量范圍內(nèi),系統(tǒng)能隨著光學測棒的移動完成對其的運動捕獲,使其在像面上始終成大小合適且清晰的圖像。
　　對移動中的光學測棒跟蹤是指當測棒移動時,轉(zhuǎn)臺帶動攝像機做偏擺和俯仰運動跟蹤移動中的光學測棒,使其始終成像于CCD像面的中心區(qū)域。為實現(xiàn)快速準確的跟蹤,本文提出一種基于圖像平面邏輯分區(qū)的跟蹤規(guī)劃,

5、即將圖像平面劃分成理想成像區(qū)、跟蹤區(qū)和搜索區(qū),當特征像點質(zhì)心在搜索區(qū)內(nèi)時用基于特征像點質(zhì)心偏差的快速跟蹤方法以使光學測棒始終保持在攝像機視場范圍內(nèi),當特征像點質(zhì)心在跟蹤區(qū)內(nèi)時用基于PBVS的精確跟蹤方法以使光學測棒成像于CCD平面的中央?yún)^(qū)域。實驗結(jié)果表明該跟蹤方法的有效性。
　　攝像機相對轉(zhuǎn)臺位姿現(xiàn)場校準是保證主動視覺坐標測量系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)拼接精度的重要環(huán)節(jié)之一,本文提出一種基于矩陣直積理論的線性算法和基于固定點重復測量的非線性規(guī)劃