基于計(jì)算機(jī)視覺的大型復(fù)雜曲面三維光學(xué)測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著中國制造業(yè)的快速發(fā)展，許多行業(yè)的產(chǎn)品大量采用了大型復(fù)雜曲面工件。工業(yè)界在加工控制和質(zhì)量檢測方面都迫切需要能用于大型復(fù)雜曲面機(jī)械系統(tǒng)工作現(xiàn)場高精度、速度快、方便、經(jīng)濟(jì)的三維表面形貌和變形的測量方法和設(shè)備。通過提升計(jì)算機(jī)視覺和三維光學(xué)測量系統(tǒng)的效率和性能來高效快速地獲取高精度的大型復(fù)雜曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)有著重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以大型復(fù)雜曲面自動(dòng)化精密檢測為應(yīng)用目標(biāo)，系統(tǒng)地構(gòu)建了的全局特征點(diǎn)測量系統(tǒng)和數(shù)字結(jié)構(gòu)光投影曲面片測

2、量系統(tǒng)。將骨架點(diǎn)全局?jǐn)z影測量和結(jié)構(gòu)光法、立體視覺進(jìn)行有效融合，實(shí)現(xiàn)了全局特征點(diǎn)測量、數(shù)字結(jié)構(gòu)光投影曲面片測量以及基于全局特征點(diǎn)的曲面片拼接融合。本文具體研究包括攝像機(jī)建模與自標(biāo)定，全局特征點(diǎn)提取、特征點(diǎn)三維信息獲取，基于數(shù)字投影與數(shù)字相移的圖像獲取、相位圖去包裹、曲面片稠密點(diǎn)三維測量及平差優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)本文還對(duì)特殊光學(xué)表面，如高動(dòng)態(tài)范圍及紅熱鍛件表面的直接測量的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。論文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)基于計(jì)算機(jī)

3、視覺信息的大型復(fù)雜曲面高精度便攜式三維測量中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　本文首先介紹了攝像機(jī)線性和非線性模型，分析比較了多種經(jīng)典的攝像機(jī)自標(biāo)定方法。針對(duì)目前的分層自標(biāo)定方法誤差較大的問題，采用了基于多視圖重建的因子分解方法來實(shí)現(xiàn)分層自標(biāo)定的射影重建。這樣就在射影重建中能有效地利用所有圖像的信息，使得相機(jī)自標(biāo)定具有較高的精度。
　　本文研究了全局坐標(biāo)系下三維骨架點(diǎn)獲取算法原理，并在理論上分析了傳統(tǒng)雙視圖重建絕對(duì)定向過程中

4、產(chǎn)生的誤差累積原因，提出基于公共視圖構(gòu)建雙視圖來減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換次數(shù)，達(dá)到控制大型物體三維空間點(diǎn)重建累積誤差的方法。該方法構(gòu)建了基于公共視圖圖像組的優(yōu)質(zhì)圖像網(wǎng)絡(luò)，每組圖像采用公共視圖與多個(gè)視圖組建雙視圖，完成相機(jī)的定向和三維點(diǎn)的計(jì)算，同時(shí)采用基線閾值篩選法去除了效果差的圖像組合給重建精度帶來的負(fù)面影響。針對(duì)多公共視圖組在相機(jī)定向中本質(zhì)矩陣五點(diǎn)算法求解存在誤解的問題，提出使用反投影殘差之和的約束來排除誤解。實(shí)驗(yàn)證明，該方法有效的抑制誤差的累積

5、現(xiàn)象，尤其是大型物體測量的圖像序列較長時(shí)可以使得重建精度更高，魯棒性更強(qiáng)。
　　本文系統(tǒng)的研究了基于數(shù)字相移條紋投影曲面三維測量方法，并著重研究多頻外差相位去包裹算法能夠?qū)ζ交婧捅砻娌贿B續(xù)復(fù)雜面型的物體進(jìn)行可靠的測量。
　　本文還對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍物面，尤其是強(qiáng)反射物面和高對(duì)比度物面的免噴涂的測量方法進(jìn)行了深入研究。提出采用多曝光時(shí)間采集圖像、高動(dòng)態(tài)范圍圖像融合以及單雙目重建數(shù)據(jù)融合等技術(shù)相結(jié)合高質(zhì)量地獲取可測的空間點(diǎn)，使相機(jī)

6、的感光范圍和場景的亮度范圍相一致。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法既能夠保持具有雙目的高精度、高穩(wěn)健性的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于某些雙目視覺無法測量的區(qū)域也能夠通過單目視覺加以補(bǔ)償，獲得完整的三維形貌。
　　本文對(duì)結(jié)構(gòu)光的立體視覺方法在線快速測量大型鍛件所存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。針對(duì)紅熱態(tài)高溫條件下結(jié)構(gòu)光條紋難以獲取的問題，采用物理和數(shù)字濾光相結(jié)合的辦法克服熱態(tài)表面輻射的影響，采用多頻相移技術(shù)以顯著提升抗噪能力；提出了大型鍛件多個(gè)結(jié)構(gòu)光投影的光學(xué)測量頭