基于激光条纹的近距离三维测量技术研究

论文摘要

随着科技的发展,工业化进程也进一步推进,那些传统的非接触测量方式已将无法满足现在对于工业化的要求。在过去的几十年里,很多学者提出了大量的关于非接触三维测量技术,但是这些测量方式的性能比较单调,而且大多造价比较高。随着工业化的发展,对于结构简单、测量速度快、低成本的三维测量的需要越来越多。激光三维测量在最近这些年里发展十分迅速,由于激光三维测量在测量过程中不需要接触被测物体,对被测面没有破坏,因而得到了广泛的应用。本课题基于单线激光的三角测量方法,对相机的标定技术进行了研究,设计了一个便捷、测量速度快、低成本的激光三维测量系统。针对相机成像的小孔成像模型进行了分析,基于透视投影模型推导了像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的数学关系,对棋盘格标定相机参数原理进行了研究。针对整个测量系统的工作原理,设计了测量系统的总体结构,并相应地设计了测量系统中的硬件组成。基于张正友关于棋盘格标定板的标定原理,制作棋盘格标定板并完成对相机参数的标定,利用最小二乘法对采用的线激光器投射出的激光平面方程参数进行了标定。获取图像后通过中值滤波、均值滤波和高斯滤波对图像进行滤波处理,得出采用高斯滤波对本文的处理效果要好一些。对图像进行分割,通过结果表明阈值分割法可以有效的区分图像中的背景区域和目标区域。在激光条纹中心的提取中选用计算速度快、精度高、方法简捷的灰度质心法,通过对图像进行处理,可以得到一条单像素的中心线。最后搭建三维测量系统平台,通过MATLAB程序进行编程,选择金属器件作为测量目标,在三维测量系统的平台下获取目标的三维信息,再将这些三维信息进行拟合,还原出被测目标的三维外貌轮廓,将测量系统测量出的三维数据与目标的真实值进行表较,验证了测量系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究目的及意义
•   1.2 三维测量技术
•     1.2.1 接触式三维测量
•     1.2.2 非接触式三维测量
•   1.3 激光结构模式
•   1.4 国内外研究现状
•     1.4.1 国外研究现状
•     1.4.2 国内研究现状
•   1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 激光条纹三维测量原理
•   2.1 引言
•   2.2 激光三维测量原理
•   2.3 相机的标定
•     2.3.1 齐次坐标
•     2.3.2 透视投影模型
•     2.3.3 小孔成像模型
•   2.4 相机畸变类型
•   2.5 相机的标定方法
•     2.5.1 传统标定方法
•     2.5.2 自标定方法
•     2.5.3 基于主动视觉的相机标定方法
•   2.6 张正友标定法
•     2.6.1 相机参数的计算
•     2.6.2 参数优化求精
•   2.7 激光光平面的标定
•   2.8 本章小结
• 第3章 激光条纹三维测量系统的标定
•   3.1 激光三维测量系统的硬件组成
•     3.1.1 相机镜头
•     3.1.2 线激光器
•     3.1.3 SC系列步进电机控制器
•   3.2 相机参数的标定
•   3.3 激光平面方程参数的标定
•   3.4 本章小结
• 第4章 激光条纹图像预处理
•   4.1 激光条纹滤波
•     4.1.1 中值滤波
•     4.1.2 均值滤波
•     4.1.3 高斯滤波
•   4.2 图像分割
•     4.2.1 阈值分割法
•     4.2.2 基于边缘的分割方法
•     4.2.3 基于小波变换的分割算法
•     4.2.4 基于神经网络的分割方法
•     4.2.5 阈值分割实验
•   4.3 激光条纹的中心提取
•     4.3.1 阈值法
•     4.3.2 极值法
•     4.3.3 Sterger法
•     4.3.4 灰度质心法
•     4.3.5 激光条纹中心提取实验
•   4.4 本章小结
• 第5章 激光条纹三维测量实验研究
•   5.1 激光条纹三维测量系统工作流程
•   5.2 激光条纹三维测量实验
•   5.3 测量系统误差分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王俊辉

导师: 樊荣伟

关键词: 三维测量,相机标定,激光条纹提取,图像预处理

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TP391.41;TN249

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004315

总页数: 61

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