雙目視覺測量系統(tǒng)誤差分析與校準(zhǔn)方法研究.pdf

1、在航空航天、軍工等領(lǐng)域大型裝備裝配或結(jié)構(gòu)件加工現(xiàn)場的三維尺寸測量中,雙目視覺測量系統(tǒng)已成為便捷有效的測量手段之一;但當(dāng)前視覺測量的主要問題在于:其測量精度有限且提高困難,這已成為制約視覺測量技術(shù)發(fā)展的最主要瓶頸之一;且影響雙目視覺測量精度的誤差因素多、視覺測量模型非線性,導(dǎo)致常規(guī)誤差分析方法復(fù)雜、視覺系統(tǒng)誤差分析的難度很大。針對這些問題,本課題以雙目視覺測量系統(tǒng)為研究對象,探討一種可行的誤差分析方法,分析各項誤差因素對測量精度的影響、以

2、及校準(zhǔn)過程中各項參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性;在此基礎(chǔ)上,研究一種有效的參數(shù)校準(zhǔn)方法,來抑制或削弱誤差因素的干擾,提高系統(tǒng)的測量精度。
　　針對雙目視覺系統(tǒng)中誤差因素多且誤差分析模型復(fù)雜的問題,提出了一種基于灰色理論的雙目視覺測量系統(tǒng)誤差分析方法。從雙目視覺測量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、布局方式、測量環(huán)境等多個方面,全面系統(tǒng)地對雙目視覺系統(tǒng)中的各項誤差因素進行了總結(jié)、歸納與分類;在此基礎(chǔ)上,探討了視覺測量系統(tǒng)的灰色屬性;利用灰色關(guān)聯(lián)分析技術(shù),分析了鏡頭

3、畸變、參數(shù)校準(zhǔn)和攝像機布局等主要誤差因素與視覺測量精度之間的關(guān)聯(lián)性,并結(jié)合均勻設(shè)計方法,在不同參數(shù)樣本下,驗證了灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于視覺系統(tǒng)誤差分析領(lǐng)域的正確性;通過灰色絕對關(guān)聯(lián)度的計算,明確了各項攝像機布局因素和視覺系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度,并證明了參數(shù)優(yōu)化過程中畸變對其余參數(shù)的嚴(yán)重制約、及對畸變進行獨立校正的必要性;基于灰色決策技術(shù)與定量的灰色評價指標(biāo),比較了不同攝像機布局方式與基于不同模型的參數(shù)校準(zhǔn)方法,對視覺測量精度的損益情況。實驗

4、表明,運用該分析方法衡量出的、具有高評價指標(biāo)的攝像機布局方式和參數(shù)校準(zhǔn)方法,可有效抑制各項誤差因素對最終視覺測量精度的影響,亦證明了獨立的畸變校正有助于提高視覺系統(tǒng)的參數(shù)校準(zhǔn)精度。
　　針對鏡頭畸變嚴(yán)重影響其它參數(shù)校準(zhǔn)精度的問題,提出了一種基于虛擬模板的逐點畸變校正方法。該方法將與雙目視覺系統(tǒng)測量精度聯(lián)系密切的畸變校正和參數(shù)校準(zhǔn)兩個過程分離;先獨立校正畸變,再以無畸變圖像為基礎(chǔ),校準(zhǔn)攝像機內(nèi)、外參數(shù)。該方法無需高加工精度的立體畸變

5、校正模板,無需精確測量攝像機與校正模板之間的距離,無需通過視覺成像模型同時求解攝像機的內(nèi)、外參數(shù)值;最終形成的畸變修正數(shù)據(jù)表,對于任意一幅校準(zhǔn)或測量圖像均可實現(xiàn)畸變校正,而無需在每一次的參數(shù)校準(zhǔn)或視覺測量過程中均對畸變進行解算。經(jīng)畸變校正后的視覺系統(tǒng),其被測點的反投位置誤差的最大值僅0.068mm,提高了視覺系統(tǒng)的參數(shù)校準(zhǔn)與測量的精度。
　　雙目視覺測量系統(tǒng)的總體測試實驗,驗證了灰色關(guān)聯(lián)分析與決策技術(shù)應(yīng)用于視覺系統(tǒng)誤差分析領(lǐng)域的正