基于CAD模型匹配的多目视觉目标防碰撞技术研究

发布时间：2020-09-01 10:11

　　惯性约束核聚变(ICF)是除了磁约束核聚变以外目前最有可能实现的一种可控核聚变方式。ICF实验由于其高效、可控等优点,受到各国关于能源获得研究方面的青睐与关注。由于ICF实验靶场内部结构复杂,运行过程中需要精确定位和防碰撞监测,目前国内主要防碰撞方法是人工观测,该方法存在精度和鲁棒性受到人为影响因素大,且耗用人工等问题。首先,为了实现靶场快速装配、精确定位及自动化碰撞检测,本文设计了一种基于CAD模型匹配的目标防碰撞检测方法,该方法可以实现实时目标模型匹配定位,通过将已知目标的CAD模型的二维投影线框与摄像机获取的图像中待测物的外形轮廓进行匹配从而获得目标的位置和姿态信息。其次,设计了基于点云最近点距离的碰撞检测整体方案,并利用PCL点云库以及第三方库的一些算法,实现了点云提取算法设计,并对算法进行了改进;同时结合CAD模型匹配所得的位置姿态信息设计了基于点云坐标变换的点云跟踪真实目标的软件程序。然后,通过对分治递归法经典一维和二维最近点对进行研究,并对其进行三维推广,同时对于三维推广的算法中的时间复杂度和空间复杂度较高的问题进行了改进;并将改进算法与碰撞检测问题相结合,提出了基于最近点对算法的碰撞检测方法,并完成了程序设计。最后,搭建了试验平台,并对实验系统的误差来源进行了分析,完成系统相机的标定实验,并且进行了枚举法和分治法、三维经典递归算法与改进算法的最近点对算法的时间效率对比试验并对实验结果进行了分析。同时进行了模型匹配实验和碰撞检测实验并对实践结果进行了分析。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP391.41;TL632
【部分图文】：

过程图,惯性约束核聚变,过程,惯性约束聚变

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论景经济的不断发展，各个国家对能源的需要飞速源问题已成为制约和影响着人类文明的进步和高效、清洁能源的推广应用已成必然趋势。我们人类不断追求的理想能源之一。随着科技代产生了激光技术，开启了人们对除磁约束核的实现方式——惯性约束聚变（inertial confine该聚变方式的应用一旦实现商业化，将成为解的里程碑。惯性约束聚变是利用粒子的惯性作核聚变反应的一种方法[1]。其基本思想可以用图

神光,工作图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文强激光利于研究水平和综合国力的提升具有卓越的贡献和重要的意义[1]。1.2 研究目的及意义在 ICF 实验中，需要在一个直径十几米的由厚厚的保护墙围成的真空球体目标腔室中，将多个高能量激光器和多个目标诊断定位设备穿过该墙。定位器由远程控制，可以深入目标腔室，在计算机组合控制系统的控制下，激光器要同时均匀的轰击目标。同时，靶室内部多台诊断设备密集围绕在靶室中心，如图 1-2 所示。如果没有先进的控制系统的辅助，几个操作器经常需要人工监测定位器的移动，避免碰撞，由于内部设备较多易产生遮挡，通过人工监测无法达到准确判断。本课题的研究目的在于利用计算机基于模板匹配的定位技术代替人工监视靶室内部各设备的干涉情，从而解决人工监测自动化程度低、安全系数低的缺点。通过距离监测可以在每个 CAD 模型的周围定义警戒距离，当不同部件之间的距离小于警戒距离时，系统会以最高优先级来锁定各个部件的运动，以防止各个位置调节器在并行运动中发生碰撞。

相对关系,坐标系

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文标对应着摄像机的传感器元件像素，因此坐标值都是整数，它两个坐标方向的序号，该坐标系用 Oi表示。像素坐标系的两个用字母 u 和 v来表示，且坐标轴具有离散性和有限性。这个坐图像物理坐标系原点的位置不同，一般来说，图像物理坐标系像的中心，习惯上把光心在像素坐标系的投影点记为0 0(u , v )。5）物体坐标系物体坐标系是为了描述目标物体相对于其它姿态而定义的三维坐标系，一般空间中每一个物体都有自己的31]。

【参考文献】