大目標(biāo)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(dòng)檢測、質(zhì)量控制、CAD&CAM以及逆向工程(ReverseEngineering)等領(lǐng)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(gè)日益受到重視的研究領(lǐng)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(dòng)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(dǎo)致測量范圍小、難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測量、測量系統(tǒng)柔性和適應(yīng)性較差等問題。另外，在

2、采用立體視覺的方法進(jìn)行測量時(shí)，還存在立體視覺傳統(tǒng)難題——匹配問題。 課題“大目標(biāo)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(chǔ)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(jì)算機(jī)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(diǎn)，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(biāo)三維曲面測量要求。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，需要重點(diǎn)解決測量系統(tǒng)建模、雙目立體視覺傳感器精確標(biāo)定

3、、測量空間編碼與編碼點(diǎn)匹配、編碼點(diǎn)形心提取與三維坐標(biāo)求取、單元測量結(jié)果拼接與編碼區(qū)拼接等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。 基于本系統(tǒng)主要用于大目標(biāo)三維輪廓測量這一應(yīng)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(biāo)測量機(jī)帶動(dòng)紅外發(fā)光點(diǎn)給出精確的光點(diǎn)空間坐標(biāo)的立體視覺傳感器標(biāo)定方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，標(biāo)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(biāo)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(shí)別就可以完成兩個(gè)CCD像機(jī)中編碼點(diǎn)的匹配，然后通過對匹配成功的編碼點(diǎn)形心求取，獲得編碼點(diǎn)形心圖像坐標(biāo)，帶入三維坐標(biāo)求取算法中，即可求出各個(gè)編碼點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。通過該方法，成功解決了對應(yīng)點(diǎn)匹配問題，完成了單元測量。 當(dāng)對大尺寸目標(biāo)進(jìn)行三維輪廓測量時(shí)，如果被測目標(biāo)面積超出了一次單元測量范圍，此時(shí)必須對多次單元測量結(jié)果進(jìn)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(diǎn)通過最小二乘法求取兩次單元測量時(shí)立體視覺傳感器位姿變換的R和T矩陣，進(jìn)而將后次單元測量結(jié)果轉(zhuǎn)換到前次單元測量的坐標(biāo)系下的方法，完成了測量結(jié)果的拼接。通過實(shí)驗(yàn)證明，該方法達(dá)到了較高的拼接精度。 當(dāng)投影儀一次投影區(qū)域不能覆蓋整個(gè)被測目標(biāo)時(shí)，就需要變換投影儀位置，對上次投影未被覆蓋的被測目標(biāo)表面進(jìn)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(gè)坐標(biāo)系下。為了解決這一問題，本文提出了“重疊單元橋梁法”，即上