基于双目视觉的圆弧类工件轮廓的测量方法研究

发布时间：2020-03-30 11:05

【摘要】：伴随着制造业的快速发展以及中国制造2025的提出,圆弧类工件层出不穷。如何实现智能化、创新化、绿色化以及准确快速的圆弧轮廓的测量也成为亟待解决的问题。由于一些圆弧类工件形状特殊,空间位置复杂,二维测量方法由于自身的局限性,难以测量出较为准确的结果。双目视觉三维测量以其非接触、结构简单、精度高等优点,成为近几年研究的热点。本文拟对双目视觉测量圆弧类工件轮廓的一系列方法进行相关研究。本文的主要研究内容包括:(1)针对圆弧类工件轮廓形状特殊,空间位置复杂等问题,设计了一套完整的双目视觉圆弧轮廓测量系统。通过分析双目视觉的基本原理,首先搭建三维测量系统的硬件部分,其次完成了双目视觉圆弧轮廓测量系统的软件部分,最后完成了三维测量系统的精度实验和误差分析。(2)针对圆弧类工件轮廓形状特殊,轮廓特征提取较为困难等问题,本文根据工件圆弧边缘轮廓的特点,在Sobel算子进行边缘检测的基础上,进行相关改进以提取圆弧边缘轮廓。首先利用自适应卷积运算和DLBP纹理特征进行归一化处理后产生融合灰度值,进而利用融合灰度值对Sobel算子检测出的边缘点进一步筛选出边缘轮廓点;同时,对极坐标分布直方图进行一般正态分布处理,一方面排除背景复杂时噪声点的干扰亦能进一步区分外轮廓特征和内轮廓特征。(3)针对边缘轮廓特征相似度高,匹配精度较低等问题,本文对形状上下文匹配算法做相应的改进,以保证边缘轮廓点的匹配精度。首先引入DLBP纹理特征权重值,克服噪声、光照变化等影响;其次提出联合极线约束相似性度量,减少搜索空间的复杂度,增强算法实时性,同时使得匹配点对具有更高的精度。(4)针对传统的空间圆弧拟合鲁棒性低,且拟合精度不高等问题,本文提出了一种鲁棒性较强的空间圆弧拟合方法。首先,以拉格朗日乘子法为基础,基于平面条件约束建立目标函数,从而得出直接针对空间圆弧拟合方程的方法;其次,采用RANSAC方法剔除错误跟踪点,将RANSAC的高稳定性应用到空间圆弧拟合的点云优化中,进而提高拟合精度。(5)本文介绍了摄像机各个坐标系间的转换关系以及立体视觉模型,并完成了摄像机内外参数的标定以及立体标定;同时针对数字图像采集过程中,噪声的干扰以及相机安放位置存在偏差等问题,本文对原始图像进行预处理工作,包括图像立体校正、噪声去除和图像去背景。实验结果表明:所搭建的系统具有良好的稳定性且测量精度较高,普通圆弧类工件轮廓测量的相对精度在0.003左右,复杂圆弧类工件测量的相对精度在0.01左右,系统的重复性精度在0.2mm以内,有较强的理论研究意义和工程实践价值。
【图文】：

图 2-2 双目视觉工件圆弧轮廓测量系统镜头统中，视觉图像传感器像素的计算公式为ONPR 个数；O为视场范围；PR为像素分辨率。用于双目视觉圆弧轮廓测量系统的摄 G E 1 的0 5 两 0 C 台 CCD 工 业 摄 像 机 。 该 摄nologies 公司研发生产的，其接口为 IEEE的产品性能。表 2-1 摄像机参数分辨率 光学尺寸 像素尺寸

第二章 圆弧类工件轮廓三维测量总体方案设计理；(2)削弱背景及外部环境的干扰，使得能够采集到较为稳定的图本文系统中，选择合适的光源加上正确的打光方式，，能够获得更高质像信息，以便于后续圆弧轮廓特征提取以及立体匹配等操作，降低图的复杂度从而增强本文测量系统的鲁棒性及准确性。今为止，最为常见的光源主要有荧光灯、气体放电灯和 LEEmitting Diode )等。这几类光源中，荧光灯主要用于日常照明；气体在特定区域的照明中使用。众多光源中LED灯优点较多，其在较短达到稳定光强，同时发光效率高且寿命较长。此外，LED灯光源的可以适应不同场合的拍摄需要。总而言之，LED灯优势显著且适用如图 2-4 至图 2-7 所示为机器视觉系统中常出现的LED光源，分别、环形光源、同轴光源和背光源等。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TG83

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本文编号：2607470