大目標三維曲面視覺測量技術(shù)研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，三維物體的表面輪廓測量在自動檢測、質(zhì)量控制、CAD&CAM以及逆向工程(ReverseEngineering)等領域具有十分重要的意義，而對于大尺寸物體的三維測量是一個日益受到重視的研究領域。近年來，采用視覺測量的方法由于其非接觸性、高靈敏度、高的測量精度、高自動化而日益受到人們的重視和研究，但是目前大多數(shù)測量方法還存在著由于測量盲區(qū)的存在而導致測量范圍小、難以實現(xiàn)現(xiàn)場測量、測量系統(tǒng)柔性和適應性較差等問題。另外，在

2、采用立體視覺的方法進行測量時，還存在立體視覺傳統(tǒng)難題——匹配問題。 課題“大目標三維曲面視覺測量技術(shù)研究”在對現(xiàn)有的物體表面三維輪廓測量方法研究基礎上，探討研究一種新的視覺測量方法，即利用雙目立體視覺傳感器與計算機控制LCD投影儀相結(jié)合，利用投影儀對測量空間編碼，生成編碼點，由立體視覺傳感器獲取單元測量數(shù)據(jù)，輔以圖像拼接的方法，以滿足現(xiàn)場大目標三維曲面測量要求。為了實現(xiàn)該目標，需要重點解決測量系統(tǒng)建模、雙目立體視覺傳感器精確標定

3、、測量空間編碼與編碼點匹配、編碼點形心提取與三維坐標求取、單元測量結(jié)果拼接與編碼區(qū)拼接等一系列關鍵技術(shù)問題。 基于本系統(tǒng)主要用于大目標三維輪廓測量這一應用背景，本文采用了不考慮畸變的立體視覺模型，利用高精度的三坐標測量機帶動紅外發(fā)光點給出精確的光點空間坐標的立體視覺傳感器標定方法。實驗驗證，標定完成的傳感器測量精度完全滿足系統(tǒng)要求，證明了該標定方法的有效性。 針對匹配問題，本文提出了解決立體匹配的新方法——空間編碼匹配法

4、。該方法輔以編碼規(guī)范化手段，保證了同一編碼區(qū)內(nèi)編碼的唯一性。通過對編碼的識別就可以完成兩個CCD像機中編碼點的匹配，然后通過對匹配成功的編碼點形心求取，獲得編碼點形心圖像坐標，帶入三維坐標求取算法中，即可求出各個編碼點在世界坐標系下的三維坐標。通過該方法，成功解決了對應點匹配問題，完成了單元測量。 當對大尺寸目標進行三維輪廓測量時，如果被測目標面積超出了一次單元測量范圍，此時必須對多次單元測量結(jié)果進行拼接。本文提出了充分利用兩次

5、單元測量重疊區(qū)域內(nèi)的編碼點通過最小二乘法求取兩次單元測量時立體視覺傳感器位姿變換的R和T矩陣，進而將后次單元測量結(jié)果轉(zhuǎn)換到前次單元測量的坐標系下的方法，完成了測量結(jié)果的拼接。通過實驗證明，該方法達到了較高的拼接精度。 當投影儀一次投影區(qū)域不能覆蓋整個被測目標時，就需要變換投影儀位置，對上次投影未被覆蓋的被測目標表面進行新的編碼和測量，而新的單元測量結(jié)果也要轉(zhuǎn)換到同一個坐標系下。為了解決這一問題，本文提出了“重疊單元橋梁法”，即上