本文關鍵詞： 線結構光 相機標定 三維陣列立柱式靶標 平面方程　出處：《天津大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：針對海面形貌三維測量的實際需求,本文利用多線結構光單目視覺測量方法,實現(xiàn)了海面波形的三維在線測量。在分析國內外現(xiàn)狀的基礎上,提出一種基于多線結構光的快速標定方法,方法中延續(xù)了前期成果中的內參外參分離標定思路,特別是在外參標定方法上進行了創(chuàng)新,該方法的實現(xiàn)使得在外場非合作條件下,通過擺放一次靶標就可以實現(xiàn)多線結構光視覺測量系統(tǒng)的標定;也使得目前造波池無法實現(xiàn)中心區(qū)域高精度測量的問題得到解決。方法具體描述為相機內參采用張氏標定法提前標好,外參標定采用設計的三維陣列立柱靶標配合實現(xiàn)。在已知三維陣列立柱靶標各立柱端面中心點對應物像坐標后,可得到二者間的旋轉和平移矩陣;在線結構光投射到對應不同高度立柱端面上后,根據(jù)以上物像關系可得到端面光條坐標,利用該坐標可擬合出激光平面方程,進而可建立起各激光面與相機之間的變換關系,完成系統(tǒng)標定。室內試驗實驗結果表明:該方法相對誤差為0.57%,室外實驗結果表明:該方法的相對誤差為0.75%。本文主要研究內容包括:1.對本課題的背景與測量環(huán)境進行介紹,并對國內外的研究現(xiàn)狀進行了簡單的介紹,根據(jù)本課題的測量環(huán)境與測量要求,選擇其中基于線結構光的視覺測量方法,并闡述了其中的主要的問題與難點。2.簡要介紹了基于單目視覺測量原理,根據(jù)測量環(huán)境與測量范圍,選用不考慮畸變的相機線性模型。在該模型基礎上,在右手笛卡爾坐標系下,介紹了視覺測量中所有坐標系之間的關系。最終求得在線結構光測量中,由成像平面的像素坐標到世界坐標的轉換關系。3.介紹幾種成熟的相機標定方法,根據(jù)測量環(huán)境與要求,采用張氏標定法實現(xiàn)相機內參標定。介紹基于單線結構光的快速標定方法,并參考該方法,提出基于多線結構光的快速標定方法。4.在保證滿足測量要求的條件下,完成海浪數(shù)字化測量系統(tǒng)布局設計,包括測量設備布局設計、激光器高度設計、相機高度設計。5.完成了基于本文提出的多線結構光快速標定方法程序的編寫。在室內搭建實驗環(huán)境,完成室內試驗,對該標定方法完成可行性驗證與精度驗證,然后完成室外實驗,實驗結果表明,測量精度滿足要求。6.對本文提出的多線結構光快速標定方法的優(yōu)缺點進行總結,并給出了以后的研究方向。
[Abstract]:According to the actual demand of 3D sea surface topography measurement, this paper uses multi-line structured light monocular vision measurement method to realize the 3D on-line measurement of sea surface waveform. Based on the analysis of the present situation at home and abroad. A fast calibration method based on multi-line structured light is proposed, which extends the idea of separation of internal and external parameters from previous results, especially the innovation of external parameter calibration method. The realization of this method makes it possible to realize the calibration of multi-line structured light vision measurement system by placing a single target under the condition of non-cooperative field. It also solves the problem that the current wave-making cell can not achieve high precision measurement in the center area. The method is described as the camera inner parameters are calibrated in advance by using the Zhang's calibration method. The calibration of external parameters is realized by using the designed three-dimensional array column target. After the corresponding image coordinates of the center points of each column end surface of the three-dimensional array column target are known, the rotation and translation matrix between them can be obtained. The laser plane equation can be fitted according to the relationship between the above images and the light strip coordinate of the end surface. The laser plane equation can be fitted by using the on-line structured light projection onto the end surface of the column with different heights. Furthermore, the transformation relationship between the laser surfaces and the camera can be established, and the calibration of the system can be completed. The experimental results show that the relative error of the method is 0.57%. The results of outdoor experiments show that the relative error of this method is 0.75. The main research contents of this paper include: 1. The background and measurement environment of this project are introduced. And the research status at home and abroad is briefly introduced. According to the measurement environment and measurement requirements of this topic, the vision measurement method based on line structured light is selected. The main problems and difficulties are described. 2. The principle of monocular vision measurement is briefly introduced. According to the measurement environment and measurement range, the camera linear model without distortion is selected. On the basis of this model. In the right-hand Cartesian coordinate system, the relationship between all coordinate systems in visual measurement is introduced. Finally, the on-line structured light measurement is obtained. The transformation relationship from pixel coordinates of imaging plane to world coordinates. 3. Several mature camera calibration methods are introduced according to the measurement environment and requirements. This paper introduces a fast calibration method based on single-line structured light, and refers to the method. A fast calibration method based on multi-line structured light is proposed. Under the condition of satisfying the requirement of measurement, the layout design of wave digital measurement system is completed, including the layout design of measuring equipment and the design of laser height. Camera height design .5. completed the program of fast calibration method based on the multi-line structured light proposed in this paper. Build the experimental environment in the indoor to complete the indoor test. The feasibility and accuracy of the calibration method are verified, and then the outdoor experiment is completed. The experimental results show that. The advantages and disadvantages of the fast calibration method proposed in this paper are summarized, and the future research directions are given.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P714;TP391.41

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本文編號：1450745