基于已知標(biāo)記點(diǎn)的流動式三維掃描測量技術(shù)的研究.pdf

1、為解決大尺寸工件的三維外形輪廓現(xiàn)場測量問題,構(gòu)建了一種流動式三維掃描測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含雙目視覺系統(tǒng)和線結(jié)構(gòu)光系統(tǒng),雙目視覺系統(tǒng)對該流動式掃描測量系統(tǒng)進(jìn)行定位,線結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)用來獲取物體輪廓信息。為了對該系統(tǒng)定位,將得到的物體輪廓信息轉(zhuǎn)換到同一個基準(zhǔn)下,需要建立一個統(tǒng)一坐標(biāo)系。因此在測量物體之前,首先將圓形標(biāo)記點(diǎn)任意的貼在被測物體表面,利用Tritop技術(shù)預(yù)先獲取工件上標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo),構(gòu)成工件坐標(biāo)系下的已知標(biāo)記點(diǎn)。然后對雙目視覺系統(tǒng)

2、及線結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,確定系統(tǒng)模型的參數(shù)。測量物體時,通過雙目視覺系統(tǒng)得到的標(biāo)記點(diǎn)與坐標(biāo)系下已知標(biāo)記點(diǎn)的匹配,完成對系統(tǒng)的實(shí)時定位,將線結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)每次得到的激光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到工件坐標(biāo)系下。
　　本文研究的關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)如下所示:
　　1、圖像中圓形標(biāo)記點(diǎn)的提取。無論系統(tǒng)標(biāo)定還是測量過程,都離不開圓形標(biāo)記點(diǎn)的提取。同時為了滿足動態(tài)測量的實(shí)時性,需要提高圖像處理的效率。為此,本文采用隔行隔列的方式掃描圖像,對圓形標(biāo)記點(diǎn)近似定位;然后

3、在此近似區(qū)域內(nèi)搜尋得到像素邊緣點(diǎn),進(jìn)而利用Zernike矩將其細(xì)化,得到亞像素邊緣,最后通過擬合橢圓的方式得到圓形標(biāo)記點(diǎn)的圓心位置。
　　2、系統(tǒng)模型的標(biāo)定。系統(tǒng)模型的標(biāo)定是整個測量過程的基礎(chǔ)。測量過程中系統(tǒng)與被測物體的相對位姿是任意的,標(biāo)定過程中如果沒有包含測量所需的基本位姿,得到的標(biāo)定結(jié)果會導(dǎo)致測量精度不高。為此,本文綜合考慮各種因素,提出了一種適合本課題的標(biāo)定方法,拍攝16種相對位姿下的靶標(biāo),基本涵蓋了測量時的所有情況,標(biāo)定

4、的結(jié)果也比較理想。
　　3、傳感器測量得到的三維標(biāo)記點(diǎn)與工件上已知標(biāo)記點(diǎn)的匹配。這是將激光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到工件坐標(biāo)系下的重要環(huán)節(jié)。本文提出了利用標(biāo)記點(diǎn)之間的距離關(guān)系建立距離網(wǎng)絡(luò)來匹配標(biāo)記點(diǎn)的方法,由于標(biāo)記點(diǎn)是手工任意貼在工件上的,所以在工件坐標(biāo)系中有且只有一個距離網(wǎng)絡(luò)與傳感器坐標(biāo)系中的距離網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)。經(jīng)多次實(shí)驗驗證,本系統(tǒng)的匹配算法非常穩(wěn)定、可靠。
　　本文的創(chuàng)新之處在于(1)建立了一種基于已知標(biāo)記點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng),該系統(tǒng)能動態(tài)的測量