基于结构光的焊缝跟踪系统的设计与实现

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1、东南人学颂十学位论义回转机构来获取复杂曲面物体三维信息的方法。在研究测量系统标定技术、三维计算技术及多视点测量数据融合技术的基础上，构建了基于视觉的自由曲面三维测量系统14】。在多视角测量数据融合关键技术中采用Screw理论，将坐标系关系求取中带约束的多变量非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题，简化了计算的复杂性，提高了求解过程的稳定性。在CCD摄像机镜头景深和测量范围内，该方法的测鼍精度可达0．1mm。空军工程大学宋元鹤等，应用线结构光光切法测餐原理，在测量探头的光路上采用垂直照射的方法，并在激光器两

2、边对称放置了两个CCD摄像机采集图像信号15】，测量时同时对两个CCD摄像机采集的图像进行处理，使两组测量数据相互补偿，提高了测量精度。测量机所能测量的物体范围可达400mm×300mmX300mm，测量最大误差0．1mm。采用结构光光栅进行编码三维测量有：天津大学虞启琏等，提出一种利用二维图像实现三维测量的方法16J。利用He—Ne激光器产生的激光投射光栅，使之产生一系列相互平行的光切面，这些光切面投射到物体表面之后，在物体表面形成一系列的光条纹。实现了CCD摄像机的定位和光条纹的识别，最终实现编码。编码后的

3、图像经过细化、边界提取等处理。再用插值算法，可对被测物面进行重构，实现了物体三维信息的提取。上海交通大学叶海加等，+用结构光编码原理实现了双CCD摄像机三维测副71。该方法首先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上，再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上，然后将畸变光栅图像由摄像机采集到计算机中，用解相光栅进行解相得到折叠在卜万，+万l区间内的相主值，用所述结构光编码方法进行相展开得到相位的周期，二者相加得到真实相位值。利用插值算法将具有相同相位的点拟合成连续曲线，从而实现了两

4、幅CCD图像相同相位曲线的匹配，再根据外极约束条件，得到两幅图像点的匹配。该方法在反向工程中进行三维测量，对不同大小尺寸的物件进行测量，精度可以达到0．03m，而且测量速度也较快。清华大学龙玺等，提出一种结构光三维扫描法pJ。由投影单元投射出来的是黑白相间的灰度编码结构光栅，光栅图像投影到被扫描物体表面后，由两台安装在不同角度上的摄像机同时摄取图像。规则的光栅图像受到物体表面高度的调制而发生变形，这样就可以通过相移和灰度编码技术的结合，解决两幅图像上空间点的对应问题，并通过两台摄像机的三角交汇得到形体的三维坐标

5、信息。在结构光三维扫描法自身工作特点的基础上，结合摄像机定标技术，采用旋转工作台对被测物体进行多视场扫描和拼接，得到描述复杂物体外形的三维信息。该方法适用于回转体测量。由于光栅制作成本比较高而且占用空间比较大，故本文采用线结构光源法。线结构光源法通过投射一个狭缝光到物体表面，得到一条亮带，使得摄像机可一次得到该亮带上所有特征点的位置数据，从而提高测量的速度和效率。利用线结构光源，并结合计算机对所摄取图像进行处理，可以实现对被测物体尺寸的在线测量，极大地提高了机器视觉的智能程度和图像处理速度。1．2．2国外结构光

6、三维视觉测量技术发展现状从国外结构光三维测量的发展趋势上来看，测量的对象正朝着动态目标方向发展，结构光光源也采用了动态形式的结构光。其中，绝大多数的测量方法都采用了结构光编码的方法。结构光编码测量方法即采用一定的设备投射单个或多个结构光图案，由单个或多个CCD摄像机接收图案信息，用一定的方式对这些投射图案所对应的CCD摄像机上的像素信息进行编码。编码都是简单的数字，它们用来描述被测物表面的灰度值、彩色值或几何信息等。利用一定的方式进行解码，就可以对被测物表面的三维信息进行恢复。编码方式通常都是按照单一轴向进行，

7、坐标轴与单个光平面相交可以获得单轴编码数据，坐标轴与直线相交就可以获得双轴编码数据。由于被编码数字信息量大，而且解码的方式复杂，因此根据编码方式不同可以分为以下几类：(1)时序编码根据投射图案的时间顺序进行编码。这是最常用的编码方式，即将一系列的图案连续的投射到被测物表面。固定像素的编码由一系列的投射图案明亮度代表。称其为时序编码是因为编码位在时间顺序上是多元的。这种方法可以获得较高的测量精度，原因有两个：投射了多个图案，编码单元的2第一章绪论数量变小，应用了一系列简单的数据，彼此之间容易区分；图案被连续投射在

8、物体表面，具有粗定位模式，像素编码更准确容易。(2)空间邻域编码这种编码方法在单一的投射图案下集合了各种编码方式。特定点的坐标值编码由其邻域内的点的特征构成。特征点由其邻域内点像素的灰度值或颜色信息构成。这种方法只投射一幅图案，但增加了投射图案的复杂程度。由于受其空间邻域内特征点的影响，它的解码变的困难，并且其三维误差也随之增加。(3)直接编码直接定义了每个像素的编码，由其灰度值或色彩