三坐標機與立體視覺的系統(tǒng)集成與信息融合的關鍵技術研究.pdf

1、在逆向工程中，自由曲線曲面的測量一直以來是逆向工程的重要組成部分，受到眾多學者的關注。計算機視覺與三坐標機是反求工程中不同的兩種測量手段的代表，他們各具有自己的優(yōu)缺點。作為非接觸式測量的代表，計算機立體視覺測量具有速度快、靈活、采樣范圍廣、有利于整體形狀信息的獲取等優(yōu)點，可以方便地提取物體的邊界輪廓與特征信息，其缺點是測量精度較差；三坐標機作為接觸測量的設備之一，其優(yōu)點是測量精度高，適應性強，魯棒性能優(yōu)越，但作為逐點測量的設備，是在人為

2、制定的測量規(guī)則指導下，對產品原型進行測量獲取三維坐標數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產品表面的數(shù)字化，其測量效率低，測量過程過分依賴于測量者的經驗，特別是在未知產品幾何數(shù)值模型的前提下，難以保證測點分布的合理性。
　　基于線結構光-立體視覺與三坐標機信息集成技術的集成式測量以其測量精度高、速度快、智能化程度高而成為一種很有前途的測量方法，特別是如能實現(xiàn)二者信息的融合，將勢必大大提高集成系統(tǒng)的測量速度和精度。
　　本文就線結構光-立體視覺與三坐標機

3、系統(tǒng)集成與信息融合的一些關鍵性技術展開了研究，其主要內容包括：
　　1）主動輪廓提取技術。主動輪廓（又稱為蛇形輪廓）為計算機立體視覺提供了獲取線激光器掃描曲線在攝像機圖像中曲線輪廓的方法。線結構光測量數(shù)據(jù)在每條掃描線內測量點排列密集、雜亂，且測量點之間沒有明顯的拓撲關系，無法直接應用于CAD系統(tǒng)中建模。主動輪廓提取的曲線則為測量點之間建立了拓撲關系。
　　2） B樣條最佳逼近。以差分法提取的主動輪廓包含了大量的曲線數(shù)據(jù)，不利

4、于數(shù)據(jù)的保存與結果后處理。利用B樣條曲線去逼近輪廓曲線，大大減少了輪廓曲線的數(shù)據(jù)存儲量，且使得曲線變得更為光滑，也給曲線的后處理帶來了方便。
　　3） B樣條曲線變形（修改）技術?；谖锢砟Ｐ偷腂樣條曲線變形是在盡量維持曲線整體輪廓特征的基礎上產生的。它不像其它局部變形技術那樣會產生局部的“腫塊”,從而影響了曲線的整體輪廓特征?；谖锢砟Ｐ偷腂樣條曲線變形在力學上類似于一根曲桿在外力作用下產生整體變形，其數(shù)學模型上就好像在原有曲線

5、的基礎上，加上了一條光滑的誤差擬合曲線。本文將此技術應用于線結構光-立體視覺與三坐標機信息的融合，實現(xiàn)利用三標機測量的精確數(shù)據(jù)去修正立體視覺測量的曲線，從而提高視覺測量的精度，減少利用三坐標測量機測量的數(shù)據(jù)量，提高了測量效率與測量精度。
　　4）攝像機的標定。攝像機的標定建立了三維數(shù)據(jù)點與攝像機像點之間的對應關系，是實現(xiàn)立體視覺系統(tǒng)最為重要的一環(huán)。利用三坐標機的測頭實現(xiàn)攝像機的標定為立體視覺測量系統(tǒng)和三坐標機的集成建立了數(shù)據(jù)點坐標