基于双目视觉的危险化学品库内堆垛测距关键技术的研究
发布时间：2021-04-18 22:06
危险化学品储存安全事关人民及城市的安全,其中,库房内堆垛“五距”保持与监测是保证安全储存关键因素。基于机器视觉的图像处理在物体测量方面应用广泛,研究机器视觉中的双目视觉测距方法实现对危化品堆垛“五距”测量,进而实现堆垛的安全状态监测,是非常有前景的解决方案,对于危险化学品的有效监管与安全预防有重要的意义。本文开展双目视觉“五距”测量研究,主要工作如下:（1）相机标定算法:基于张氏平面模板摄像机标定原理和方法,完成了双目视觉的标定和摄像头参数计算。（2）特征提取算法:采用高斯混合模型算法首先实现货物提取;然后,提出了基于直线拟合的Shi-Tomasi角点检测算法,提高了有效特征点的识别准确率。（3）立体匹配算法,针对危化品堆垛特征点相似的特点,提出了基于DBSCAN聚类的SIFT双向匹配算法,通过疏密程度聚类得到可变阈值提高匹配准确度;为了进一步提升匹配速度,研究了 SUFR匹配算法,并基于双目特征点位置相关性进行自适应邻域计算的改进,在准确率和效率上都更适用堆垛的立体匹配。（4）完成了双目视觉的危化品堆垛的尺寸测量的硬件平台以及软件系统的设计与开发,实现了堆垛距离测量。
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２成像示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｍａｇｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??
?第二章双目测距原理与标定???第二章双目测距原理与标定??基于双目视觉系统获得空间三维信息进而获取距离，需要搭建有效实用的双目视??觉测距系统。双目也就是两个摄像头同时观测同一物体。在不同环境下，双目系统的??结构也有所不同。在危化品仓库的环境中，选取平视双目结构，搭建如图２－１所示结??构的双目立体视觉测距系统，两摄像机光轴互相平行，且光心处于同一水平线平行于??地面，在此基础上进行相机标定、图像处理、立体匹配和测距分析。??图２－１双目视觉系统结构??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｂｉｎｏｃｕｌａｒ?ｖｉｓｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．１双目视觉测距原理??双目视觉测距是基于视差原理，就像人的眼睛，对于平视结构的双目视觉来说，??可以用人的双眼来进行示意。如图２－２所示，为观看两物体的成像示意图，人的“眼??睛”相当于“摄像头”。当物体位于近处，得到的视差会越大，当物体位于远处，得??到的视差会越校所以可以根据视差的大小来判断物体的距离。??Ｆａｒ?ｏｂｊｅｃｔ?，???ａ）?ｂ）??Ｃｌｏｓｅ?ｏｂｊｅｃｔ?＾??？?？??Ｌｅｆｔ?ｃａｍ?Ｔ?Ｉ?＾ｔｃａｍ?ＢＭｓｐａｎｔｙ??｜?｜????图２－２成像示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｍａｇｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??９??
第二章双目测距原理与标定???ｂ－ｘ，??ｘｃ＝——Ｌ??ｃ?Ｄ??＾?ｙｃ??式（２－２）??Ｄ??Ｚｃ?＝?ｂｉ??ｌ?Ｄ??空间点Ｐ的坐标可以计算出，该坐标是在摄像机下的。所以说，同一空间特征点??在左右图像找到对应的匹配点，就可计算得出空间三维坐标信息。??２．２双目视觉测距系统概述??双目视觉测距系统获取图像到距离测量需要几个中间步骤进行图像处理，最红获??取视差来进行距离测量。包括相机标定、目标提娶特征提娶立体匹配相关步骤。??流程框图如图２－４所示，可以根据视差的原理来实现物体三维信息的恢复的过程。??、内参、夕卜参）?ｆ货物提取ｊ?〔角点特征）?ｆ角点匹配》??相机标定｜?—？！目标提取＾特征提取一？立体匹配一？距离监测??图２＊４双目测距流程图??Ｆｉｇ．２－４?Ｂｉｎｏｃｕｌａｒ?ｒａｎｇｉｎｇ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??首先进行相机标定，获取内外参数，然后经过目标提取，将所需要测量的目标进??行提取，再经过特征点提取，以确定需要测定的两点间的距离。最后进行立体匹配，??获取视差结果，最终可以根据视差得到距离值。??２．?２．１相机标定??计算机视觉中关键技术之一。主要确定相机的内外参数，包括旋转矩阵、平移矩??阵、畸变系数等的相关参数。标定可分为传统标定、自标定和基于主动视觉的标定［５５］。??标定的参数结果直接影响距离的精度。??传统标定方法是需要用参照物来进行标定，而参照物需要制作精准，不同角度获??取图像。其中的难点是参照物难以制作，成本较高。其中代表算法有ＤＬＴ（Ｄｉｒｅｃｔ?Ｌｉｎｅａｒ??Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）方法［５６］，Ｔｓａｉ的两步标定方
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的DBSCAN聚类算法在社会化标注中的应用[J]. 熊回香,叶佳鑫,蒋武轩. 数据分析与知识发现. 2018(12)
[2]一种高斯混合模型的危化品堆垛目标提取方法[J]. 袁碧贤,刘学君,张云起,杨启思,刘子昂,晏涌. 计算机与应用化学. 2018(11)
[3]危化品仓储中激光测距的自适应分层聚类去噪算法研究[J]. 刘学君,魏宇晨,袁碧贤,卢浩,戴波,李翠清. 计算机科学. 2018(S2)
[4]基于改进的快速Shi-Tomasi特征点检测算法的图像拼接算法[J]. 黄远征,尹春丽,刘波,韩鸣晓,陈敏,张鼎瑞,梁庆华. 机械设计与研究. 2018(04)
[5]物联网中大规模RFID标签盘存方法研究[J]. 陈毅红,王锦,贺春林,何嘉林. 计算机应用研究. 2019(02)
[6]基于自适应抗差卡尔曼滤波的UWB室内定位[J]. 刘韬,徐爱功,隋心. 传感技术学报. 2018(04)
[7]多目视觉与激光组合导航AGV精确定位技术研究[J]. 何珍,楼佩煌,钱晓明,武星,朱立群. 仪器仪表学报. 2017(11)
[8]超越问责:中美应急管理结构比较研究——基于天津港与德州大爆炸分析[J]. 周利敏,李夏茵. 中国软科学. 2017(10)
[9]危险品仓库特大火灾爆炸事故浅析及启示[J]. 俞翔. 消防科学与技术. 2017(01)
[10]基于物联网的危化品储存智能监测管理平台的开发[J]. 邓术章,周兆欣,张安西,马建文. 中国储运. 2016(07)
博士论文
[1]化工园区事故风险评估方法及应用研究[D]. 胡馨升.中国矿业大学(北京) 2018
[2]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[3]基于地面激光扫描点云数据的三维重建方法研究[D]. 赵煦.武汉大学 2010
[4]三维重建应用系统研究[D]. 高剑.山东大学 2009
硕士论文
[1]危险化学品仓库堆垛安全布局建模及优化研究[D]. 李雁飞.北京石油化工学院 2018
[2]基于双目视觉的三维测量及可视化技术研究[D]. 张强.长春工业大学 2018
[3]基于OpenCV的双目视觉系统目标定位与测距方法研究[D]. 杨芳.宁夏大学 2018
[4]基于机器视觉的焊缝三维重建及焊接飞溅物在位检测研究[D]. 许鹏飞.山东大学 2018
[5]基于深度卷积神经网络的飞行器图像识别算法研究[D]. 程嘉晖.浙江大学 2017
[6]危险化学品仓储堆垛安全距离的三维网格化监测技术研究[D]. 江帆.北京化工大学 2016
[7]基于双目视觉的工件尺寸测量方法研究[D]. 郑立明.长春工业大学 2016
[8]云计算平台监控系统的研究与应用[D]. 张棋胜.北京交通大学 2011
[9]基于双目视觉的大尺寸工件在机三维测量[D]. 黎淑梅.华南理工大学 2011
[10]军队后方仓库安全管理系统的研究与实现[D]. 吴德平.电子科技大学 2010
本文编号：3146250
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２成像示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｍａｇｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??
?第二章双目测距原理与标定???第二章双目测距原理与标定??基于双目视觉系统获得空间三维信息进而获取距离，需要搭建有效实用的双目视??觉测距系统。双目也就是两个摄像头同时观测同一物体。在不同环境下，双目系统的??结构也有所不同。在危化品仓库的环境中，选取平视双目结构，搭建如图２－１所示结??构的双目立体视觉测距系统，两摄像机光轴互相平行，且光心处于同一水平线平行于??地面，在此基础上进行相机标定、图像处理、立体匹配和测距分析。??图２－１双目视觉系统结构??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｂｉｎｏｃｕｌａｒ?ｖｉｓｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??２．１双目视觉测距原理??双目视觉测距是基于视差原理，就像人的眼睛，对于平视结构的双目视觉来说，??可以用人的双眼来进行示意。如图２－２所示，为观看两物体的成像示意图，人的“眼??睛”相当于“摄像头”。当物体位于近处，得到的视差会越大，当物体位于远处，得??到的视差会越校所以可以根据视差的大小来判断物体的距离。??Ｆａｒ?ｏｂｊｅｃｔ?，???ａ）?ｂ）??Ｃｌｏｓｅ?ｏｂｊｅｃｔ?＾??？?？??Ｌｅｆｔ?ｃａｍ?Ｔ?Ｉ?＾ｔｃａｍ?ＢＭｓｐａｎｔｙ??｜?｜????图２－２成像示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｍａｇｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??９??
第二章双目测距原理与标定???ｂ－ｘ，??ｘｃ＝——Ｌ??ｃ?Ｄ??＾?ｙｃ??式（２－２）??Ｄ??Ｚｃ?＝?ｂｉ??ｌ?Ｄ??空间点Ｐ的坐标可以计算出，该坐标是在摄像机下的。所以说，同一空间特征点??在左右图像找到对应的匹配点，就可计算得出空间三维坐标信息。??２．２双目视觉测距系统概述??双目视觉测距系统获取图像到距离测量需要几个中间步骤进行图像处理，最红获??取视差来进行距离测量。包括相机标定、目标提娶特征提娶立体匹配相关步骤。??流程框图如图２－４所示，可以根据视差的原理来实现物体三维信息的恢复的过程。??、内参、夕卜参）?ｆ货物提取ｊ?〔角点特征）?ｆ角点匹配》??相机标定｜?—？！目标提取＾特征提取一？立体匹配一？距离监测??图２＊４双目测距流程图??Ｆｉｇ．２－４?Ｂｉｎｏｃｕｌａｒ?ｒａｎｇｉｎｇ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??首先进行相机标定，获取内外参数，然后经过目标提取，将所需要测量的目标进??行提取，再经过特征点提取，以确定需要测定的两点间的距离。最后进行立体匹配，??获取视差结果，最终可以根据视差得到距离值。??２．?２．１相机标定??计算机视觉中关键技术之一。主要确定相机的内外参数，包括旋转矩阵、平移矩??阵、畸变系数等的相关参数。标定可分为传统标定、自标定和基于主动视觉的标定［５５］。??标定的参数结果直接影响距离的精度。??传统标定方法是需要用参照物来进行标定，而参照物需要制作精准，不同角度获??取图像。其中的难点是参照物难以制作，成本较高。其中代表算法有ＤＬＴ（Ｄｉｒｅｃｔ?Ｌｉｎｅａｒ??Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）方法［５６］，Ｔｓａｉ的两步标定方
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的DBSCAN聚类算法在社会化标注中的应用[J]. 熊回香,叶佳鑫,蒋武轩. 数据分析与知识发现. 2018(12)
[2]一种高斯混合模型的危化品堆垛目标提取方法[J]. 袁碧贤,刘学君,张云起,杨启思,刘子昂,晏涌. 计算机与应用化学. 2018(11)
[3]危化品仓储中激光测距的自适应分层聚类去噪算法研究[J]. 刘学君,魏宇晨,袁碧贤,卢浩,戴波,李翠清. 计算机科学. 2018(S2)
[4]基于改进的快速Shi-Tomasi特征点检测算法的图像拼接算法[J]. 黄远征,尹春丽,刘波,韩鸣晓,陈敏,张鼎瑞,梁庆华. 机械设计与研究. 2018(04)
[5]物联网中大规模RFID标签盘存方法研究[J]. 陈毅红,王锦,贺春林,何嘉林. 计算机应用研究. 2019(02)
[6]基于自适应抗差卡尔曼滤波的UWB室内定位[J]. 刘韬,徐爱功,隋心. 传感技术学报. 2018(04)
[7]多目视觉与激光组合导航AGV精确定位技术研究[J]. 何珍,楼佩煌,钱晓明,武星,朱立群. 仪器仪表学报. 2017(11)
[8]超越问责:中美应急管理结构比较研究——基于天津港与德州大爆炸分析[J]. 周利敏,李夏茵. 中国软科学. 2017(10)
[9]危险品仓库特大火灾爆炸事故浅析及启示[J]. 俞翔. 消防科学与技术. 2017(01)
[10]基于物联网的危化品储存智能监测管理平台的开发[J]. 邓术章,周兆欣,张安西,马建文. 中国储运. 2016(07)
博士论文
[1]化工园区事故风险评估方法及应用研究[D]. 胡馨升.中国矿业大学(北京) 2018
[2]双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D]. 罗桂娥.中南大学 2012
[3]基于地面激光扫描点云数据的三维重建方法研究[D]. 赵煦.武汉大学 2010
[4]三维重建应用系统研究[D]. 高剑.山东大学 2009
硕士论文
[1]危险化学品仓库堆垛安全布局建模及优化研究[D]. 李雁飞.北京石油化工学院 2018
[2]基于双目视觉的三维测量及可视化技术研究[D]. 张强.长春工业大学 2018
[3]基于OpenCV的双目视觉系统目标定位与测距方法研究[D]. 杨芳.宁夏大学 2018
[4]基于机器视觉的焊缝三维重建及焊接飞溅物在位检测研究[D]. 许鹏飞.山东大学 2018
[5]基于深度卷积神经网络的飞行器图像识别算法研究[D]. 程嘉晖.浙江大学 2017
[6]危险化学品仓储堆垛安全距离的三维网格化监测技术研究[D]. 江帆.北京化工大学 2016
[7]基于双目视觉的工件尺寸测量方法研究[D]. 郑立明.长春工业大学 2016
[8]云计算平台监控系统的研究与应用[D]. 张棋胜.北京交通大学 2011
[9]基于双目视觉的大尺寸工件在机三维测量[D]. 黎淑梅.华南理工大学 2011
[10]军队后方仓库安全管理系统的研究与实现[D]. 吴德平.电子科技大学 2010
本文编号：3146250
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3146250.html
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