【摘要】：立體視覺技術(shù)在工業(yè)檢測中的應(yīng)用越來越廣泛,如何提高檢測精度、降低系統(tǒng)構(gòu)建難度至關(guān)重要。本文提出了一種視覺檢測系統(tǒng)正向設(shè)計最優(yōu)化方法,以系統(tǒng)的檢測精度為目標函數(shù),以可選器件、工作環(huán)境、被檢工件為約束條件,以光學(xué)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)為決策變量,將系統(tǒng)設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為多目標不等式約束的非線性最優(yōu)化模型,通過Kuhn-Tucker約束條件極值點的求解,獲得最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)。本方法為立體視覺檢測系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論參考,可避免傳統(tǒng)逆向設(shè)計方法中依賴主觀經(jīng)驗而無法確認結(jié)果的最優(yōu)性,以及大量反復(fù)試驗而造成設(shè)計成本浪費等問題,實驗驗證了方法的可行性。
【圖文】：

鈑嘔犰?法，以系統(tǒng)的檢測精度為目標函數(shù)，以可選器件、工作環(huán)境、被檢工件為約束條件，以光學(xué)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)為決策變量，將系統(tǒng)設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為多目標不等式約束的非線性最優(yōu)化模型，通過混合非線性優(yōu)化求解，獲得最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)。正向設(shè)計方法避免了盲目選擇器件造成的成本浪費和大量試驗造成的時間浪費。2數(shù)理模型2．1理想的雙目立體視覺模型雙目立體視覺利用不同位置的兩個相機獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算目標在成像圖像中對應(yīng)點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息，達到立體定位和檢測的目的，如圖1所示。P為被測物體上任意一點，Ol和Or分別為左右眼相機的光心，Cl和Cr分別為左右眼相機成像平面，P點在左右眼相機上成像像素點分別為pl(ul，vl)，pr(ur，vr)。可知:直線OlP和OrP相交于P點，因此，點P唯一，即其三維空間位置是確定的。圖1典型的雙目視覺系統(tǒng)模型Fig．1Chartofthetypicalbinocularvisionsystemmodel理想的雙目視覺系統(tǒng)選擇具有平行關(guān)系的兩個相機，如圖2所示，即假設(shè)被攝物體所在平面的法線與雙目相機的基線相交。但由于左右眼相機的光軸無法完全做到相互平行，因此，在實際應(yīng)用中，通常會先將左右眼相機光軸調(diào)節(jié)到大致平行，然后通過相機標定技術(shù)獲取兩相機間的相對位置關(guān)系及各參數(shù)，利用圖像匹配的方法找到P點在兩個成像平面上的對應(yīng)像點，從而恢復(fù)點P的三維信息。圖2典型的雙目視覺系統(tǒng)模型Fig．2Chartofthetypicalbinocularvisionsystemmodel將三維模型轉(zhuǎn)化到二維空間內(nèi)，如圖3所示。假設(shè):對焦點物距為u，雙目相機的連線表示相機的基線B，被測物體上P點的深度為d，為了與物距區(qū)分，成像平面坐標系用x，y表示，視差p單位為像素，δ為相機傳

計算目標在成像圖像中對應(yīng)點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息，達到立體定位和檢測的目的，如圖1所示。P為被測物體上任意一點，Ol和Or分別為左右眼相機的光心，Cl和Cr分別為左右眼相機成像平面，P點在左右眼相機上成像像素點分別為pl(ul，vl)，pr(ur，vr)。可知:直線OlP和OrP相交于P點，因此，點P唯一，即其三維空間位置是確定的。圖1典型的雙目視覺系統(tǒng)模型Fig．1Chartofthetypicalbinocularvisionsystemmodel理想的雙目視覺系統(tǒng)選擇具有平行關(guān)系的兩個相機，如圖2所示，即假設(shè)被攝物體所在平面的法線與雙目相機的基線相交。但由于左右眼相機的光軸無法完全做到相互平行，因此，，在實際應(yīng)用中，通常會先將左右眼相機光軸調(diào)節(jié)到大致平行，然后通過相機標定技術(shù)獲取兩相機間的相對位置關(guān)系及各參數(shù)，利用圖像匹配的方法找到P點在兩個成像平面上的對應(yīng)像點，從而恢復(fù)點P的三維信息。圖2典型的雙目視覺系統(tǒng)模型Fig．2Chartofthetypicalbinocularvisionsystemmodel將三維模型轉(zhuǎn)化到二維空間內(nèi)，如圖3所示。假設(shè):對焦點物距為u，雙目相機的連線表示相機的基線B，被測物體上P點的深度為d，為了與物距區(qū)分，成像平面坐標系用x，y表示，視差p單位為像素，δ為相機傳感器單位像素邊長。圖3二維平面上的雙目視覺系統(tǒng)Fig．3Binocularvisionsystemchartina2Dplane由相似三角形關(guān)系可知視差與深度的關(guān)系如下:d－vd=B－xl+xrB(1)可知:d=Bvxl－xr=Bvpδ(2)理想模型使用的相機均為小孔相機(pinholecamera)，成像在焦平面上，視場角取決于焦距且景深無限大。但實際系統(tǒng)中使用的相機為鏡頭相機(lenscamera)，成像在焦后平面，視場角取決于后工作?

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