大型裝備在線三維視覺測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，航空、航天、軍工及民用領(lǐng)域?qū)Υ笮脱b備在線三維測量提出了更高的要求。為了滿足這些要求，在過去的幾年中用于三維坐標在線測量的技術(shù)和設(shè)備得到長足發(fā)展。視覺坐標測量技術(shù)作為一種建立在計算機視覺技術(shù)及坐標測量技術(shù)研究基礎(chǔ)上的新興三維空間坐標測量技術(shù)，從一個全新的坐標測量思路上適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)對測量技術(shù)在測量精度和測量范圍等方面的新的更高要求。
　　課題“大型裝備在線三維視覺測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”是研究一種基于測量與校

2、準功能合一的光學(xué)測棒的大尺寸立體視覺坐標測量系統(tǒng)方案，以滿足大尺寸裝備在線三維坐標現(xiàn)場測量的需求。該方案在測量數(shù)據(jù)采集過程中定期地進行校準參數(shù)計算，判別數(shù)據(jù)是否超差，若發(fā)現(xiàn)問題及時報警，使測量系統(tǒng)一直處于“受控”狀態(tài)。對于此系統(tǒng)，需要重點解決攝像機內(nèi)參數(shù)精確校準、雙攝像機外部方位參數(shù)現(xiàn)場校準和立體視覺測量建模等關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　基于立體視覺測量系統(tǒng)的坐標測量原理，利用光學(xué)測棒上特征點間的已知位置約束關(guān)系，以及由它們所成的兩幅圖像

3、得到的空間坐標，提出了基于四元數(shù)的Levenberg-Marquardt迭代的姿態(tài)估計修正算法，確定測棒坐標系與空間坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；利用測尖觸點(光學(xué)測頭與被測工件接觸點)與特征點間已知的位置約束關(guān)系計算被測點的空間坐標；利用測尖到測棒坐標系原點距離不變的約束實現(xiàn)測尖坐標的現(xiàn)場校準。
　　針對非理想狀態(tài)下的立體視覺測量模型，提出一種基于公垂線約束的投影距離最小的立體視覺建模方法。該方法不僅可以保證所求空間點到兩條反投射線之間

4、的距離最短，而且能夠使得所求的空間點在兩像平面上的投影像點與圖像觀測值之間的距離最小，減小空間點到兩攝像機距離不等的影響，實驗表明該方法優(yōu)于其它的建模方法。
　　對于保證系統(tǒng)測量精度的重要環(huán)節(jié)之一的攝像機內(nèi)參數(shù)校準，論文提出了基于虛擬校準模板的校準控制點到對應(yīng)反投射線距離最小的攝像機內(nèi)參數(shù)校準方法，它包括線性和非線性估計。該校準方法不僅克服了大型立體校準模板加工和校準都比較困難、平面模板自身精度低的缺點，而且由于采用與光學(xué)測棒上相

5、同的光學(xué)特征點作為校準特征點，保證了與測量過程中特征點的一致性，提高了測量精度。由于對校準控制點到對應(yīng)反投射線距離進行了優(yōu)化，從而保證了空間距離誤差的最小，提高了校準精度。此外，線性和非線性估計相結(jié)合的校準過程保證了像機參數(shù)能夠快速、有效地收斂到全局最優(yōu)解。
　　針對大尺寸立體視覺測量系統(tǒng)必須實現(xiàn)兩攝像機外部方位參數(shù)的現(xiàn)場校準這一難點，本文基于所研制的特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)測棒，提出了兩點式雙攝像機外部方位參數(shù)現(xiàn)場校準技術(shù)。通過光學(xué)測棒在