基于线结构光测量系统的灵武长枣三维点云重建研究
发布时间：2021-02-25 00:25
本文的研究目的是利用HALCON语言建立灵武长枣果实的三维模型。在室外环境下采摘灵武长枣时,实际上机器只能够识别果实的一个侧面,若可以建立成千上万的灵武长枣果实三维模型,就可以通过识别果实的一个侧面预测整个果实表面情况,这对于最终建立灵武长枣立体图像库有一定的参考价值。该模型的建立还有利于获取果实的三维尺寸参数,以及从各个方向上判断果实的成熟度和果实表皮损伤程度,并能为果实的分级检测、成熟度检测和外观品质检测等方面的研究和应用提供部分理论依据和参考。本文首先利用线结构光三维测量系统配合转台从七个不同的视角获取灵武长枣果实表面的三维信息,获得七幅深度图像和灰度图像。然后对深度图像和灰度图像分别进行处理,前者的目的是得到点云模型,后者的目的是识别出标志点并定位其中心点,进而求得视角之间的转换矩阵。最后,利用转换矩阵进行七块点云模型的拼接,完成灵武长枣的三维点云重建。主要研究内容如下:（1）线结构光三维测量系统的研究。该系统主要有两大部分组成:硬件操作系统和软件操作系统。本章节研究了这五个部分各自的操作方法、功能作用、系统主要工作原理、算法理论知识以及相关的系统数学计算模型。（2）灵武长枣深...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１三位扫描定位系统总体构成图??
宁夏大学硕士学位论文?第二章线结构光三维测量系统??ＣＣＤ摄像机是整个系统输入的开始，由摄像机采集图像送入计算机，然后再由计算机进行??图像处理并计算三维坐标。摄像机主要依靠光学成像过程采集物体的图像，透射投影是相机最??常用的成像模型，它是通过凸透镜成像Ｍ。最基本的透镜成像原理如图２－２所示：??卜－－一??Ｕ物距?ｆ焦距??Ｖ相距??图２－２透镜成像原理示意图??图２－２中，任意与主光轴平行的光线穿过相机透镜均汇聚于一点，被称为焦点焦距为??焦点到透镜中心的距离，用ｆ表示。物距为物体到透镜中心的距离，用ｕ表示。而相距为成像??平面到透镜的距离，用ｖ表示。三者满足以下关系：??丄山丄?（２－０??ｆ?ｕ?ｖ??由于一般情况下摄像机在成像的时候，所以得到Ｖ＊／。因此，摄像机成像也可??近｛以表示为小孔成像模型［４３］。需要注意的是，透镜成像是实际的相机成像模型，存在图像畸变??问题，而小孔成像模型代表理想中的相机成像，不考虑畸变。理想透镜的摄像机成像模型如图??２－３所示。??像素坐标系（Ｍ）??＾?關擁系（ＸＪ）??摄像机坐标系ＯｉＣｊＣｊＺＣ）?ｙｑ??世界坐标系（ＸＷ，ＹＷ，Ｚｆｆ）??图２－３理想透镜的摄像机成像模型??摄像机成像过程涉及到了四个坐标系之间的转换关系，这四个坐标系分别为：（】）像素坐??标系；（２）图像坐标系（成像平面坐标系）；（３）摄像机坐标系：（４）世界坐标系接??下来，本文将对这四个坐标系以及它们之间的相互转化关系进行介绍。??１、像素坐标系和图像坐标系??像素坐标系的全称是图像像素坐标系，图像坐标系的全称是图像成像坐标系如图２－４??所示，定义像素坐标系ｑ－ｗｖ，横
宁夏大学硕士学位论文?第二章线结构光三维测量系统??ＣＣＤ摄像机是整个系统输入的开始，由摄像机采集图像送入计算机，然后再由计算机进行??图像处理并计算三维坐标。摄像机主要依靠光学成像过程采集物体的图像，透射投影是相机最??常用的成像模型，它是通过凸透镜成像Ｍ。最基本的透镜成像原理如图２－２所示：??卜－－一??Ｕ物距?ｆ焦距??Ｖ相距??图２－２透镜成像原理示意图??图２－２中，任意与主光轴平行的光线穿过相机透镜均汇聚于一点，被称为焦点焦距为??焦点到透镜中心的距离，用ｆ表示。物距为物体到透镜中心的距离，用ｕ表示。而相距为成像??平面到透镜的距离，用ｖ表示。三者满足以下关系：??丄山丄?（２－０??ｆ?ｕ?ｖ??由于一般情况下摄像机在成像的时候，所以得到Ｖ＊／。因此，摄像机成像也可??近｛以表示为小孔成像模型［４３］。需要注意的是，透镜成像是实际的相机成像模型，存在图像畸变??问题，而小孔成像模型代表理想中的相机成像，不考虑畸变。理想透镜的摄像机成像模型如图??２－３所示。??像素坐标系（Ｍ）??＾?關擁系（ＸＪ）??摄像机坐标系ＯｉＣｊＣｊＺＣ）?ｙｑ??世界坐标系（ＸＷ，ＹＷ，Ｚｆｆ）??图２－３理想透镜的摄像机成像模型??摄像机成像过程涉及到了四个坐标系之间的转换关系，这四个坐标系分别为：（】）像素坐??标系；（２）图像坐标系（成像平面坐标系）；（３）摄像机坐标系：（４）世界坐标系接??下来，本文将对这四个坐标系以及它们之间的相互转化关系进行介绍。??１、像素坐标系和图像坐标系??像素坐标系的全称是图像像素坐标系，图像坐标系的全称是图像成像坐标系如图２－４??所示，定义像素坐标系ｑ－ｗｖ，横
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线结构光传感器的公路平整度测量系统[J]. 马玉坤,王中亚,杨国威,王鹏,孙长库. 传感技术学报. 2013(11)
[2]边坡测量中标志点的设计与识别[J]. 曾接贤,田波. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2013(02)
[3]基于图像分割的光条中心线提取方法[J]. 张智,贺昱曜,马亚飞. 计算机测量与控制. 2013(05)
[4]复杂背景下光条中心提取算法研究[J]. 李丹,耿楠,亢娟娜. 计算机应用与软件. 2013(03)
[5]约束改进的ICP点云配准方法[J]. 张蕾,冀治航,普杰信,辛伟. 计算机工程与应用. 2012(18)
[6]精确提取线结构光条纹中心方法[J]. 熊会元,宗志坚,高群,陈承鹤. 计算机工程与应用. 2009(10)
[7]基于分水岭的粘连雾滴图像分割方法[J]. 梁萍,程伟. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(10)
[8]基于视觉定位的脑外科机器人坐标变换问题研究[J]. 王东署,张志佳,史泽林. 计算机工程与应用. 2005(06)
[9]基于结构光深度图像获取装置的研究[J]. 徐岩,范剑英,王洋,杨志韬. 哈尔滨理工大学学报. 2004(03)
博士论文
[1]基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D]. 刘永久.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]结构光三维测量图像噪声分析与预处理方法研究[D]. 白杨.郑州大学 2019
[2]基于真彩色图像的灵武长枣实时定位方法研究[D]. 代英鹏.宁夏大学 2018
[3]基于线结构光的航空发动机叶片三维形貌测量技术研究[D]. 廖骏.南昌航空大学 2017
[4]基于线结构光的轻轨接触网缺陷三维检测方法研究[D]. 刘贺.重庆大学 2017
[5]基于线结构光的三维视觉表面测量系统关键技术研究[D]. 范建华.中北大学 2015
[6]摄像机标定技术的研究与实现[D]. 寻言言.内蒙古农业大学 2014
[7]大尺寸复杂曲面多视角拼接技术研究[D]. 卢炜良.华侨大学 2014
[8]基于双目立体视觉的牙颌模型测量技术研究[D]. 沈国峰.南京航空航天大学 2013
本文编号：3050157
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１三位扫描定位系统总体构成图??
宁夏大学硕士学位论文?第二章线结构光三维测量系统??ＣＣＤ摄像机是整个系统输入的开始，由摄像机采集图像送入计算机，然后再由计算机进行??图像处理并计算三维坐标。摄像机主要依靠光学成像过程采集物体的图像，透射投影是相机最??常用的成像模型，它是通过凸透镜成像Ｍ。最基本的透镜成像原理如图２－２所示：??卜－－一??Ｕ物距?ｆ焦距??Ｖ相距??图２－２透镜成像原理示意图??图２－２中，任意与主光轴平行的光线穿过相机透镜均汇聚于一点，被称为焦点焦距为??焦点到透镜中心的距离，用ｆ表示。物距为物体到透镜中心的距离，用ｕ表示。而相距为成像??平面到透镜的距离，用ｖ表示。三者满足以下关系：??丄山丄?（２－０??ｆ?ｕ?ｖ??由于一般情况下摄像机在成像的时候，所以得到Ｖ＊／。因此，摄像机成像也可??近｛以表示为小孔成像模型［４３］。需要注意的是，透镜成像是实际的相机成像模型，存在图像畸变??问题，而小孔成像模型代表理想中的相机成像，不考虑畸变。理想透镜的摄像机成像模型如图??２－３所示。??像素坐标系（Ｍ）??＾?關擁系（ＸＪ）??摄像机坐标系ＯｉＣｊＣｊＺＣ）?ｙｑ??世界坐标系（ＸＷ，ＹＷ，Ｚｆｆ）??图２－３理想透镜的摄像机成像模型??摄像机成像过程涉及到了四个坐标系之间的转换关系，这四个坐标系分别为：（】）像素坐??标系；（２）图像坐标系（成像平面坐标系）；（３）摄像机坐标系：（４）世界坐标系接??下来，本文将对这四个坐标系以及它们之间的相互转化关系进行介绍。??１、像素坐标系和图像坐标系??像素坐标系的全称是图像像素坐标系，图像坐标系的全称是图像成像坐标系如图２－４??所示，定义像素坐标系ｑ－ｗｖ，横
宁夏大学硕士学位论文?第二章线结构光三维测量系统??ＣＣＤ摄像机是整个系统输入的开始，由摄像机采集图像送入计算机，然后再由计算机进行??图像处理并计算三维坐标。摄像机主要依靠光学成像过程采集物体的图像，透射投影是相机最??常用的成像模型，它是通过凸透镜成像Ｍ。最基本的透镜成像原理如图２－２所示：??卜－－一??Ｕ物距?ｆ焦距??Ｖ相距??图２－２透镜成像原理示意图??图２－２中，任意与主光轴平行的光线穿过相机透镜均汇聚于一点，被称为焦点焦距为??焦点到透镜中心的距离，用ｆ表示。物距为物体到透镜中心的距离，用ｕ表示。而相距为成像??平面到透镜的距离，用ｖ表示。三者满足以下关系：??丄山丄?（２－０??ｆ?ｕ?ｖ??由于一般情况下摄像机在成像的时候，所以得到Ｖ＊／。因此，摄像机成像也可??近｛以表示为小孔成像模型［４３］。需要注意的是，透镜成像是实际的相机成像模型，存在图像畸变??问题，而小孔成像模型代表理想中的相机成像，不考虑畸变。理想透镜的摄像机成像模型如图??２－３所示。??像素坐标系（Ｍ）??＾?關擁系（ＸＪ）??摄像机坐标系ＯｉＣｊＣｊＺＣ）?ｙｑ??世界坐标系（ＸＷ，ＹＷ，Ｚｆｆ）??图２－３理想透镜的摄像机成像模型??摄像机成像过程涉及到了四个坐标系之间的转换关系，这四个坐标系分别为：（】）像素坐??标系；（２）图像坐标系（成像平面坐标系）；（３）摄像机坐标系：（４）世界坐标系接??下来，本文将对这四个坐标系以及它们之间的相互转化关系进行介绍。??１、像素坐标系和图像坐标系??像素坐标系的全称是图像像素坐标系，图像坐标系的全称是图像成像坐标系如图２－４??所示，定义像素坐标系ｑ－ｗｖ，横
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线结构光传感器的公路平整度测量系统[J]. 马玉坤,王中亚,杨国威,王鹏,孙长库. 传感技术学报. 2013(11)
[2]边坡测量中标志点的设计与识别[J]. 曾接贤,田波. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2013(02)
[3]基于图像分割的光条中心线提取方法[J]. 张智,贺昱曜,马亚飞. 计算机测量与控制. 2013(05)
[4]复杂背景下光条中心提取算法研究[J]. 李丹,耿楠,亢娟娜. 计算机应用与软件. 2013(03)
[5]约束改进的ICP点云配准方法[J]. 张蕾,冀治航,普杰信,辛伟. 计算机工程与应用. 2012(18)
[6]精确提取线结构光条纹中心方法[J]. 熊会元,宗志坚,高群,陈承鹤. 计算机工程与应用. 2009(10)
[7]基于分水岭的粘连雾滴图像分割方法[J]. 梁萍,程伟. 重庆工学院学报(自然科学版). 2008(10)
[8]基于视觉定位的脑外科机器人坐标变换问题研究[J]. 王东署,张志佳,史泽林. 计算机工程与应用. 2005(06)
[9]基于结构光深度图像获取装置的研究[J]. 徐岩,范剑英,王洋,杨志韬. 哈尔滨理工大学学报. 2004(03)
博士论文
[1]基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D]. 刘永久.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]结构光三维测量图像噪声分析与预处理方法研究[D]. 白杨.郑州大学 2019
[2]基于真彩色图像的灵武长枣实时定位方法研究[D]. 代英鹏.宁夏大学 2018
[3]基于线结构光的航空发动机叶片三维形貌测量技术研究[D]. 廖骏.南昌航空大学 2017
[4]基于线结构光的轻轨接触网缺陷三维检测方法研究[D]. 刘贺.重庆大学 2017
[5]基于线结构光的三维视觉表面测量系统关键技术研究[D]. 范建华.中北大学 2015
[6]摄像机标定技术的研究与实现[D]. 寻言言.内蒙古农业大学 2014
[7]大尺寸复杂曲面多视角拼接技术研究[D]. 卢炜良.华侨大学 2014
[8]基于双目立体视觉的牙颌模型测量技术研究[D]. 沈国峰.南京航空航天大学 2013
本文编号：3050157
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