基于主動(dòng)視覺的大空間坐標(biāo)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)固定式單攝像機(jī)坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)在大空間測(cè)量時(shí)測(cè)量精度低的問(wèn)題,本文提出了主動(dòng)視覺測(cè)量的新構(gòu)想。課題“基于主動(dòng)視覺的大空間坐標(biāo)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究”的主要目的是將主動(dòng)視覺引入現(xiàn)有的基于光學(xué)測(cè)棒的固定式單攝像機(jī)坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中,探討研究一種新的視覺坐標(biāo)測(cè)量方法,以提高大空間測(cè)量精度。對(duì)這一新的測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)如:主動(dòng)視覺坐標(biāo)測(cè)量建模、移動(dòng)光學(xué)測(cè)棒的捕獲、移動(dòng)光學(xué)測(cè)棒的跟蹤、攝像機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)位姿現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)等進(jìn)行了深入研究,并提出了解決方案。
　

2、　本文研究了主動(dòng)視覺坐標(biāo)測(cè)量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建立了測(cè)量模型。在測(cè)量過(guò)程中,光學(xué)測(cè)棒隨著被測(cè)工件上的被測(cè)點(diǎn)改變而移動(dòng),系統(tǒng)首先通過(guò)攝像機(jī)變焦、偏擺和俯仰捕獲并跟蹤移動(dòng)中的光學(xué)測(cè)棒,使不同測(cè)距處的光學(xué)測(cè)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(jī)坐標(biāo)測(cè)量模型計(jì)算光學(xué)測(cè)棒測(cè)尖也即被測(cè)點(diǎn)在此時(shí)系統(tǒng)姿態(tài)下的三維坐標(biāo);最后通過(guò)坐標(biāo)變換將系統(tǒng)各姿態(tài)下測(cè)得的點(diǎn)的三維坐標(biāo)拼接在世界坐標(biāo)下,實(shí)現(xiàn)對(duì)大型工件的點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量。
　　對(duì)移動(dòng)中的光學(xué)

3、測(cè)棒的捕獲是指當(dāng)測(cè)棒移動(dòng)時(shí),攝像機(jī)鏡頭經(jīng)過(guò)變焦和對(duì)焦來(lái)捕獲移動(dòng)中的光學(xué)測(cè)棒,使其在像面上仍成大小合適且清晰的圖像。本文對(duì)變焦鏡頭做分級(jí)變焦,即先根據(jù)測(cè)距范圍和成像目標(biāo)占像面百分比劃分鏡頭的變焦等級(jí),再估計(jì)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(jí)焦距,可以獲得光學(xué)測(cè)棒大小合適的圖像;為了獲得光學(xué)測(cè)棒上特征光點(diǎn)的清晰圖像,本文提出一種將對(duì)焦深度法和離焦深度法結(jié)合的自動(dòng)對(duì)焦方法,即先用基于退化圖像二階微分自相關(guān)的離焦深度法粗估計(jì)出

4、正確對(duì)焦位置后,再用對(duì)點(diǎn)光源的靈敏度最高的Variance函數(shù)作為清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)的對(duì)焦深度法在該位置附近搜索正確對(duì)焦位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在全測(cè)量范圍內(nèi),系統(tǒng)能隨著光學(xué)測(cè)棒的移動(dòng)完成對(duì)其的運(yùn)動(dòng)捕獲,使其在像面上始終成大小合適且清晰的圖像。
　　對(duì)移動(dòng)中的光學(xué)測(cè)棒跟蹤是指當(dāng)測(cè)棒移動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)做偏擺和俯仰運(yùn)動(dòng)跟蹤移動(dòng)中的光學(xué)測(cè)棒,使其始終成像于CCD像面的中心區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)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(dāng)特征像點(diǎn)質(zhì)心在搜索區(qū)內(nèi)時(shí)用基于特征像點(diǎn)質(zhì)心偏差的快速跟蹤方法以使光學(xué)測(cè)棒始終保持在攝像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi),當(dāng)特征像點(diǎn)質(zhì)心在跟蹤區(qū)內(nèi)時(shí)用基于PBVS的精確跟蹤方法以使光學(xué)測(cè)棒成像于CCD平面的中央?yún)^(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該跟蹤方法的有效性。
　　攝像機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)位姿現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是保證主動(dòng)視覺坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(diǎn)重復(fù)測(cè)量的非線性規(guī)劃