基于已知标记点的流动式三维扫描测量技术的研究
为解决大尺寸工件的三维外形轮廓现场测量问题,构建了一种流动式三维扫描测量系统。该系统主要包含双目视觉系统和线结构光系统,双目视觉系统对该流动式扫描测量系统进行定位,线结构光系统用来获取物体轮廓信息。为了对该系统定位,将得到的物体轮廓信息转换到同一个基准下,需要建立一个统一坐标系。因此在测量物体之前,首先将圆形标记点任意的贴在被测物体表面,利用Tritop技术预先获取工件上标记点的三维坐标,构成工件坐标系下的已知标记点。然后对双目视觉系统及线结构光系统进行标定,确定系统模型的参数。测量物体时,通过双目视觉系统得到的标记点与坐标系下已知标记点的匹配,完成对系统的实时定位,将线结构光系统每次得到的激光数据转移到工件坐标系下。 本文研究的关键点、难点如下所示: 1、图像中圆形标记点的提取。无论系统标定还是测量过程,都离不开圆形标记点的提取。同时为了满足动态测量的实时性,需要提高图像处理的效率。为此,本文采用隔行隔列的方式扫描图像,对圆形标记点近似定位;然后在此近似区域内搜寻得到像素边缘点,进而利用Zernike矩将其细化,得到亚像素边缘,最后通过拟合椭圆的方式得到圆形标记点的圆心位置。 2、系统模型的标定。系统模型的标定是整个测量过程的基础。测量过程中系统与被测物体的相对位姿是任意的,标定过程中如果没有包含测量所需的基本位姿,得到的标定结果会导致测量精度不高。为此,本文综合考虑各种因素,提出了一种适合本课题的标定方法,拍摄16种相对位姿下的靶标,基本涵盖了测量时的所有情况,标定的结果也比较理想。 3、传感器测量得到的三维标记点与工件上已知标记点的匹配。这是将激光数据转到工件坐标系下的重要环节。本文提出了利用标记点之间的距离关系建立距离网络来匹配标记点的方法,由于标记点是手工任意贴在工件上的,所以在工件坐标系中有且只有一个距离网络与传感器坐标系中的距离网络对应。经多次实验验证,本系统的匹配算法非常稳定、可靠。 本文的创新之处在于(1)建立了一种基于已知标记点的三维扫描系统,该系统能动态的测量大尺寸物体,不需要数据拼接,也避免了物体遮挡问题。(2)提出了基于距离网络的方法实现传感器得到的三维标记点与工件上已知标记点的匹配。
已知标记点;三维扫描;测量技术;双目视觉
中国海洋大学
硕士
控制理论与控制工程
解则晓
2014
中文
TP274.5;TP391.41
60
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）