基于VR的倒桩系统的监控技术研究

论文摘要

将虚拟现实技术应用到监控系统中是当今工业监控领域的研究方向之一，基于VR(Virtual Reality)的倒桩系统，采用现场数据驱动客户端仿真模型，实现对现场小车的监控，完成小车的倒库过程。此系统将具有高度现场感的虚拟空间引入到当前监控系统中，产生一种全新的人机交互方式，与基于文字、图表等显示现场信息的监控系统相比，其界面更直观；与视频监控系统相比，其数据传输量小，对网络带宽的要求不高。基于VR的监控技术改善了交互环境，在工业监控领域具有很好的理论价值和广阔的应用前景。本文分析了图像处理和运动目标检测的有关方法，对基于归一化的模板相关匹配算法作了改进，使匹配时间有了显著的改善，并对结果进行了验证；推导了摄像机的模型，利用目标在两个摄像机中的视差，得出了一种最小二乘解实现的空间目标定位的方法，经过实验得到的数据在误差范围之内；构建了基于VR的倒桩系统的虚拟监控平台，在分析常用的虚拟场景建模以及交互方法的基础上，提出了场景的构件化建模思想和虚拟场景的多模式交互方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 监控系统的现状及分析
• 1.3 虚拟现实的基本概念、特性
• 1.4 虚拟现实技术应用于监控系统
• 1.5 虚拟场景的几种可行的实现方法
• 1.6 本文的主要工作
• 2 基于 VR的倒桩系统的设计
• 2.1 系统概述
• 2.2 系统实现
• 2.3 场景建模方案
• 2.4 软件工具
• 2.5 本章小节
• 3 VRML及其交互技术
• 3.1 VRML简介
• 3.1.1 文件结构
• 3.1.2 VRML的事件运行方式
• 3.1.3 VRML提供的扩展方法
• 3.2 VRML中交互的实现
• 3.2.1 基于感知器的交互
• 3.2.2 JSAI交互
• 3.2.3 EAI交互
• 3.2.4 EAI与JSAI的比较
• 3.2.5 多模式交互方法
• 3.3 本章小节
• 4 图像预处理与目标检测
• 4.1 引言
• 4.2 图像采集
• 4.2.1 VFW简介
• 4.2.2 图像采集的步骤
• 4.3 图像预处理
• 4.3.1 图像灰度化
• 4.3.2 图像平滑
• 4.3.3 图像锐化
• 4.4 运动目标检测
• 4.4.1 帧差分法
• 4.4.2 背景差分法
• 4.4.3 模板相关匹配算法
• 4.4.4 改进的模板相关匹配算法
• 4.5 实验步骤及结果
• 4.5.1 实验步骤
• 4.5.2 实验结果
• 4.6 本章小结
• 5 基于双摄像机的目标定位技术
• 5.1 摄像机模型
• 5.1.1 几种常用坐标系
• 5.1.2 线性模型—针孔模型
• 5.1.3 非线性模型—畸变模型
• 5.2 摄像机标定
• 5.2.1 需要标定的参数
• 5.2.2 基于径向排列约束（RAC）的标定法
• 5.3 运动目标定位
• 5.4 实验结果
• 5.4.1 标定实验设计
• 5.4.2 目标定位实验及结果
• 5.5 本章小节
• 6 虚拟监控平台的构建
• 6.1 虚拟场景模型的实现方法
• 6.1.1 常用的VRML模型构造方法
• 6.1.2 构件化建模方法与基础模块的创建
• 6.2 模型的优化
• 6.3 虚拟监控平台的构建
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献