线结构光三维测量系统关键技术的研究

发布时间：2017-08-25 08:37

  本文关键词：线结构光三维测量系统关键技术的研究

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【摘要】：激光三角法是三维表面测量技术的一种,目前被广泛地应用于工业生产、质量控制与机器视觉等领域。随着科技的高速发展,不同工业领域与生活场景对激光三角法的速度和精度提出了更高的要求。本文基于激光三角法的基本原理设计了一套完整的线结构光三维测量系统,并以该系统为研究平台进行了部分关键技术的研究工作:首先,针对目前常见光条中心点提取算法无法适应光条走向变化等问题,结合线结构光三维测量系统的实际情况与光条图像的特点,提出了一种基于骨架法向的光条中心点提取算法,设计了具体的提取流程与处理算法,解决了光条走向复杂情况下的中心点定位困难的难题。其次,基于线结构光视觉传感器的测量原理,通过投影透视摄像机变换模型原理建立了系统的数学模型,详细推导了图像坐标与世界坐标之间的数学转换关系式。然后针对传统标定方法标定过程复杂、计算量大、难以实现自动化标定等问题,提出了一种基于线纹尺的线结构光视觉传感器直接标定新方法,设计了平面靶标与特征点提取算法,通过自动化软件以及少量的人工操作即可实现传感器简单、快速、高精度的自动化直接标定。最后,以本文搭建的线结构光三维测量系统作为实验平台,进行了光条中心提取算法实验、系统标定实验、测量精度验证实验以及三维轮廓测量实验。实验结果均验证了光条中心点提取算法和标定方法的有效性与实用性,同时本文搭建的线结构光三维测量系统表现出了较好的综合性能,能够满足工业生产与测量现场的基本需求。
【关键词】：线结构光 三维测量 激光扫描 系统标定 中心提取
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TN249
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景与意义11-12
• 1.2 三维测量技术的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 三维测量的关键技术15-16
• 1.4 课题目标及本文的研究内容16-18
• 第二章 线结构光三维测量系统结构与测量原理18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 激光三角法的基本原理18-22
• 2.2.1 直射式激光三角法18-20
• 2.2.2 斜射式激光三角法20-21
• 2.2.3 直射式三角法与斜射式三角法的优缺点21-22
• 2.3 系统的测量原理与结构设计22-25
• 2.3.1 三维测量系统的测量原理22-23
• 2.3.2 三维测量系统的结构组成23-24
• 2.3.3 三维测量系统扫描方式的设计24-25
• 2.4 系统的性能参数与评价25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 光条图像处理算法的研究30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 光条图像的特点30-31
• 3.3 常见的光条中心点提取算法31-34
• 3.4 基于骨架法向的光条中心提取算法34-44
• 3.4.1 预处理35-37
• 3.4.2 光条区域提取37-42
• 3.4.3 中心点定位42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 测量系统模型建立与系统标定45-58
• 4.1 引言45
• 4.2 三维测量系统的模型建立45-49
• 4.2.1 三维测量系统的数学模型45-47
• 4.2.2 三维测量系统的测量计算模型47-48
• 4.2.3 三维测量系统的扫描测量模型48-49
• 4.3 线结构光视觉传感器的标定49-51
• 4.3.1 摄像机的参数标定49-50
• 4.3.2 光平面的参数标定50-51
• 4.4 基于线纹尺的直接标定法51-57
• 4.4.1 标定原理52-53
• 4.4.2 平面靶标的设计53-54
• 4.4.3 特征点提取算法54-56
• 4.4.4 标定流程56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 测量系统的实验研究及分析58-69
• 5.1 引言58
• 5.2 实验平台的设计与搭建58-61
• 5.3 光条中心提取算法的实验分析61-62
• 5.4 系统测量精度的实验分析62-67
• 5.4.1 系统标定实验62-63
• 5.4.2 高度测量实验63-64
• 5.4.3 横向测量实验64-65
• 5.4.4 三维轮廓测量实验65-67
• 5.5 系统误差分析67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附表78

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本文编号：736105