用于装配式铣刀盘参数测量的双目视觉检测方法研究

论文摘要

双目视觉检测系统的主要工作是利用计算机模拟人类视觉功能并从图像中提取生产过程中有用的信息,以实现非接触式测量。该测量方法相对于采用机械量仪进行测量具有效率高、非接触、对被测量物体无损伤等优点。一个完整的双目测量系统主要包括：图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配、三维重构和后期处理等部分。测量系统以光学为基础,融机械、计算机技术、‘图像处理技术为一体,是一个多学科交叉的技术。本文主要对基于双目立体视觉的刀具测量方法进行了研究,建立了一整套测量系统,并能够实现自动测量,证明了将双目视觉应用于刀具测量的可行性。本课题的研究成果主要包括：1.测量装置的机械设计：主要包括图像获取装置和机械传动装置两部分。采用SolidWorks三维造型设计软件设计了双目视觉摄像机支架设计和机械传动装置,并最终搭建了测量系统。2.完成了单双目摄像机的现场标定。制作了低成本的标定板,不需要其它辅助设备,即可完成摄像机内外部参数的标定。并利用Visual C++ 6.0借助Intel提供的计算机视觉开放库OpenCV编写了标定程序,标定结束后在计算机中生成摄像机参数配置文件,供测量程序调用。3.在研究多种图像处理算法的基础上,本文结合实际情况提出了适合本系统的角点提取算法,首先对图像预处理,在应用模板匹配的方法得到目标区域,然后在目标区域中搜寻角点特征,取得了较好的提取效果。4.在进行特征点立体匹配过程中,考虑了多个约束,如极线约束、唯一性约束等,并注意到刀具轮廓具有明显的几何特征,在进行立体匹配时采用沿着极线利用特征进行搜索匹配点的方法,并考虑到唯一性和连续性约束,实现了立体对应点的搜索,从而还原刀尖点的世界坐标。5.软件采用模块化设计,结合测量系统功能进行软硬件功能设计,最终集成了整个系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外铣刀盘测量方法研究历史、现状及发展趋势
• 1.3 双目立体视觉系统概述机器视觉概述
• 1.4 主要研究内容
• 1.4.1 测量装置的建立
• 1.4.2 图像获取
• 1.4.3 摄像机标定
• 1.4.4 特征提取
• 1.4.5 立体匹配
• 1.4.6 三维坐标反求
• 1.4.7 误差分析
• 1.5 本文的结构安排
• 2 双目视觉铣刀盘测量系统的工作原理
• 2.1 测量原理
• 2.2 坐标系统
• 2.2.1 图像像素坐标系
• 2.2.2 图像物理坐标系
• 2.2.3 摄像机坐标系
• 2.2.4 测量坐标系
• 2.2.5 坐标系变换
• 2.3 测量模型
• 2.4 摄像机标定
• 2.4.1 单摄像机标定
• 2.4.2 双目摄像机标定
• 2.5 测量坐标系的建立
• 2.6 本章小节
• 3 测量系统硬件设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 双目视觉测量装置设计
• 3.3 机械传动装置设计
• 3.4 标定板设计
• 3.5 图像采集设备的选择
• 3.5.1 摄像机选择
• 3.5.2 镜头选择
• 3.5.3 采集卡选择
• 3.6 本章小节
• 4 测量系统软件设计
• 4.1 软件流程设计
• 4.2 软件流程
• 4.2.1 图像采集模块设计
• 4.2.2 标定模块设计
• 4.2.3 图像预处理模块设计
• 4.2.4 提取立体匹配对模块设计
• 4.2.5 世界坐标的反求模块设计
• 4.2.6 结果显示及保存模块设计
• 4.3 本章小节
• 5 特征提取与立体匹配
• 5.1 角点检测
• 5.1.1 SUSAN角点检测
• 5.1.2 Harris角点检测
• 5.2 边缘检测
• 5.3 立体匹配
• 5.3.1 匹配约束
• 5.3.2 匹配方法
• 5.4 本文最终方法设计
• 5.5 本章小节
• 6 试验与精度分析
• 6.1 试验
• 6.1.1 摄像机参数标定与双目标定试验
• 6.1.2 极线方程的建立试验
• 6.1.3 建立测量坐标系试验
• 6.1.4 测量已知尺寸物体试验
• 6.1.5 铣刀盘测量试验
• 6.2 精度分析
• 6.3 提高测量精度的主要途径
• 6.4 本章小节
• 7 总结
• 7.1 结论
• 7.2 本文的创新点
• 8 展望
• 9 参考文献
• 10 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 11 致谢