本文關(guān)鍵詞：基于立體視覺的高速結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)的原理是通過激光器發(fā)出的光投向被測物體,在物體表面上形成檢測光帶圖形,通過圖像采集和處理技術(shù)對光帶的坐標進行提取,從而得到物體表面的二維斷面信息,當激光和攝像機相對于被測物體移動時,就能獲取被測物體的三維輪廓。為了提高現(xiàn)有結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的掃描頻率,本項目提出了多條光帶的激光掃描測量技術(shù),在采集處理模塊處理速度和相機輸出頻率不變的條件下,極大地提高斷面掃描頻率,以滿足鋼軌斷面車載檢測等高速應用場景。論文首先介紹了激光三角測量方法和雙目立體視覺測量方法的基本原理,說明了單個相機測量多條光帶時遇到的光帶序號區(qū)分的問題；針對這個問題給出了基于立體機器視覺的結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)工作的總體方案。然后對本文的主要內(nèi)容分成幾章進行詳細的介紹,包括硬件設計與圖像處理算法,軟件系統(tǒng)設計,以及系統(tǒng)標定原理和實驗驗證。硬件設計與圖像處理算法主要介紹了結(jié)構(gòu)設計和硬件采集的設計,以及FPGA對五條光帶的提取算法,移植在FPGA上后,硬件采集分辨率為1280×1024的圖像時,幀頻能達到300fps,采集斷面速率為每秒1500斷面。軟件系統(tǒng)設計依靠DALSA公司提供的Sapera LT類庫和MFC開發(fā)環(huán)境進行編程,實現(xiàn)對圖像的設置、緩存、繪圖和坐標數(shù)據(jù)的保存等功能。系統(tǒng)標定包括對雙目立體視覺參數(shù)的標定和結(jié)構(gòu)光三角測量參數(shù)的標定。對雙目立體視覺參數(shù)的標定采用張正友標定法,對結(jié)構(gòu)光三角測量的參數(shù)標定采用擬合的方式獲取方程式中未知參數(shù)的解。通過系統(tǒng)測試,得到系統(tǒng)的采集速率達到每秒1500斷面；系統(tǒng)光帶區(qū)分的正確率可以達到98.26%；在標定的測量范圍內(nèi),平均誤差小于3mm。系統(tǒng)運行穩(wěn)定,達到了預期要求。
【關(guān)鍵詞】：多光帶結(jié)構(gòu)光 激光三角測量 雙目立體視覺 圖像處理
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 本文的主要內(nèi)容14-16
• 2 測量原理與系統(tǒng)方案設計16-34
• 2.1 激光三角測量方法16-18
• 2.2 目立體視覺測量方法18-24
• 2.2.1 目立體視覺原理18-20
• 2.2.2 算法一般流程20-24
• 2.3 單相機多光帶系統(tǒng)缺陷24-25
• 2.4 立體視覺區(qū)分光帶序號25-29
• 2.4.1 左右相機光帶均完整25-26
• 2.4.2 只有一個相機光帶完整26-27
• 2.4.3 左右相機光帶均不完整27-29
• 2.5 系統(tǒng)方案設計29-32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 3 硬件設計與圖像預處理算法34-46
• 3.1 機械結(jié)構(gòu)設計34-35
• 3.2 硬件設備選型35-37
• 3.2.1 半導體線性激光器35-36
• 3.2.2 高速CMOS相機36-37
• 3.2.3 FPGA數(shù)據(jù)采集卡37
• 3.3 圖像預處理算法37-42
• 3.3.1 閾值分割38-39
• 3.3.2 邊沿檢測與光帶中心提取39-40
• 3.3.3 圖像處理模塊及數(shù)據(jù)流向分析40-42
• 3.4 硬件調(diào)試結(jié)果42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 4 軟件系統(tǒng)設計46-58
• 4.1 系統(tǒng)操作流程46-47
• 4.2 軟件類庫概述47-50
• 4.3 應用功能設計50-57
• 4.3.1 相機功能配置50-52
• 4.3.2 FPGA內(nèi)核燒寫52-54
• 4.3.3 灰度圖像顯示54-56
• 4.3.4 光帶中心位置繪制56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 系統(tǒng)標定與測試58-72
• 5.1 單個相機的內(nèi)參標定58-62
• 5.1.1 張氏標定模型58-60
• 5.1.2 標定過程與實驗結(jié)果60-62
• 5.2 兩相機間的外參標定62-63
• 5.3 相機與激光面的外參標定63-65
• 5.4 系統(tǒng)測試65-70
• 5.4.1 采樣速率測試66
• 5.4.2 區(qū)分光帶序號測試66-69
• 5.4.3 系統(tǒng)誤差測試69-70
• 5.5 本章小結(jié)70-72
• 6 總結(jié)和展望72-74
• 6.1 論文工作總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻74-76
• 作者簡歷76-80
• 學位論文數(shù)據(jù)集80

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：基于立體視覺的高速結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：383320