大尺寸低紋理光滑曲面在各種大型高速交通工具上應(yīng)用廣泛,其外形制造和安裝精度與交通工具的運行穩(wěn)定性和安全性息息相關(guān)。本文選擇了雙目視覺與投影儀配合的方法,結(jié)合紋理圖像分割、稠密雙目匹配、和表面三維重建技術(shù)實現(xiàn)了大尺寸低紋理光滑曲面的三維測量。具體研究內(nèi)容以及研究結(jié)果如下:(1)雙目視覺模型的建立及參數(shù)標定。本文建立了雙目攝像系統(tǒng)的數(shù)學模型,包括相機成像模型和雙目相機立體模型。提出了基于絕對二次曲線的相機參數(shù)標定方法,并設(shè)計了相交共面圓環(huán)標定板。通過提出的標定算法對相機的內(nèi)參數(shù)和雙目相機之間的外參數(shù)進行了標定�；跇硕ńY(jié)果對拍攝的雙目圖像進行了極線校正。通過重復(fù)標定實驗,獲得了多次標定結(jié)果的均方差,實驗結(jié)果表明本文提出的算法標定結(jié)果穩(wěn)定。(2)紋理圖像分割。本文提出了一種紋理圖像分割方法用于對雙目圖像進行分割,以提高后續(xù)的雙目匹配速度和精度,為了提高對不同紋理信息的識別能力,設(shè)計了一種新的基于局部直方圖的紋理描述子來對圖像中的紋理分布進行建模。同時,通過紋理描述子也可以獲得紋理的尺度信息。設(shè)計了一種計算局部多尺度概率的邊界檢測器來提取紋理邊界,利用紋理邊界進行區(qū)域合并。大量的定性和定量實驗結(jié)果表明,本文的方法在顏色紋理分割方面優(yōu)于其他方法,特別是對于顏色紋理豐富、亮度存在漸變的圖像。(3)稠密雙目匹配。本文在基于Census變換的雙目圖像匹配代價計算方法的基礎(chǔ)上提出了新的匹配代價計算方法,通過修改Census模板形狀增加了其感受范圍,并通過對Census變換結(jié)果進行高斯加權(quán)操作提高了匹配代價計算的精度。為了實現(xiàn)高精度的匹配代價聚合,本文提出了一種新的基于紋理信息的圖像邊緣保留濾波方法并將其應(yīng)用于匹配代價聚合操作中。提出的紋理濾波方法是一種基于雙邊濾波的方法,通過增加自適應(yīng)尺度核函數(shù)和加入新的結(jié)構(gòu)探測方法,可以在濾除紋理圖案的同時保留準確的圖像邊緣信息。在進行代價聚合獲得的初步左右相機視差圖的基礎(chǔ)上,通過對雙目視差圖進行匹配一致性檢測,獲得高精度的視差圖。經(jīng)過實驗論證,本文方法可以獲得高精度的稠密視差圖。(4)表面三維重建。為了獲得最終的目標三維模型,本文通過視差圖和攝影系統(tǒng)的參數(shù)計算得到目標表面的稠密點云并實現(xiàn)了點云的拼接,將點云信息進行八叉樹分割以方便索引,通過三角網(wǎng)格的方法計算出點云的向量場,并采用了基于泊松方程的方法實現(xiàn)了被測目標的三維表面重建。(5)大型曲面零構(gòu)件面形測量實驗。本文設(shè)計了大尺寸三維測量系統(tǒng),包括三維信息采集的操作流程和硬件系統(tǒng)。采用投影儀對目標投影圖像,雙目相機對目標進行拍攝的方式來獲取目標的三維數(shù)據(jù)模型,并采用相機和投影儀交替移動的方式來擴展掃描的范圍;開發(fā)了一個雙目攝像模擬程序可以用來方便、直觀、準確地選擇雙目成像系統(tǒng)的各種參數(shù),從而為攝像系統(tǒng)的硬件選擇提供依據(jù)。論文還根據(jù)被測物體的大尺寸低紋理特征設(shè)計了投影圖案,并選擇了配有合適參數(shù)的投影儀。本文以一個白色光滑球形曲面為目標使用搭建的三維測量系統(tǒng)進行了三維測量實驗,實驗結(jié)果表面本文提出的三維測量方法和系統(tǒng)可以實現(xiàn)大尺寸低紋理光滑曲面的三維測量,且系統(tǒng)測量誤差低于1mm。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TP391.41
【部分圖文】：

吉林大學博士學位論文4圖1-2美國FARO關(guān)節(jié)式三坐標測量機圖1-3思瑞龍門式三坐標測量機（2）輔助測棒測量系統(tǒng)輔助測棒測量系統(tǒng)借助一根帶有三個以上已知標志點的輔助測棒實現(xiàn)目標的三維外形數(shù)據(jù)測量。測棒系統(tǒng)工作時，使用測棒的測尖接觸目標表面，利用標定好的相機對測棒上的標志點成像，通過測棒標志點之間的已知相對位置關(guān)系和相機成像模型之間的約束，可以計算出測尖在相機坐標系中的三維坐標。目前已經(jīng)有多種成熟的商業(yè)產(chǎn)品，美國GSI公司生產(chǎn)的V-STARS測量系統(tǒng)測量范圍可達100m，精度精度為0.044mm/10m，其系統(tǒng)組成如圖1-4所示。挪威Metronor公司的MetronorONE系統(tǒng)測量范圍可達15m,測量精度可達mm，已經(jīng)作為軍用戰(zhàn)斗機維護的地面支持設(shè)備的一部分而被許多國家的空軍所采用，其系統(tǒng)組成如圖1-5所示。由于是接觸式測量的一種，因此輔助測棒測量系統(tǒng)不受

吉林大學博士學位論文4圖1-2美國FARO關(guān)節(jié)式三坐標測量機圖1-3思瑞龍門式三坐標測量機（2）輔助測棒測量系統(tǒng)輔助測棒測量系統(tǒng)借助一根帶有三個以上已知標志點的輔助測棒實現(xiàn)目標的三維外形數(shù)據(jù)測量。測棒系統(tǒng)工作時，使用測棒的測尖接觸目標表面，利用標定好的相機對測棒上的標志點成像，通過測棒標志點之間的已知相對位置關(guān)系和相機成像模型之間的約束，可以計算出測尖在相機坐標系中的三維坐標。目前已經(jīng)有多種成熟的商業(yè)產(chǎn)品，美國GSI公司生產(chǎn)的V-STARS測量系統(tǒng)測量范圍可達100m，精度精度為0.044mm/10m，其系統(tǒng)組成如圖1-4所示。挪威Metronor公司的MetronorONE系統(tǒng)測量范圍可達15m,測量精度可達mm，已經(jīng)作為軍用戰(zhàn)斗機維護的地面支持設(shè)備的一部分而被許多國家的空軍所采用，其系統(tǒng)組成如圖1-5所示。由于是接觸式測量的一種，因此輔助測棒測量系統(tǒng)不受

V-STARS系統(tǒng)組成
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本文編號：2870277