三维数字模型投射器研制

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1、学校代码10459学号或申请号201512131626密级硕士学位论文三维数字模型投射器研制作者姓名：刘慧琰导师姓名：陈继华副教授学科门类：工学专业名称：测试计量技术及仪器培养院系：物理工程学院完成时间：2018年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterDevelopmentofThree-DimensionalDigitalModelProjectorByHuiyanLiuSupervisor:Prof.JihuaChenMeasuringandTestingTechno

2、logiesandInstrumentsSchoolofPhysicalEngineeringApril,2018摘要最初空间信息表达采用图形化形式，其表现形式相对抽象。随着信息表现形式的多样化，逐渐从平面空间延伸至三维空间。在造船、飞机、铁路设备等领域，需要在设备表面喷涂复杂标志物时，传统方法是利用模板、卷尺等工具或根据图纸确定划线位置，该类方法依赖于工作人员的技术水平，不仅费时费力易出错，而且可能对设备表面造成不可逆的损伤。由于投射器具有非接触、快速性、定向精度高和易于操作等优点，因此研制三维数字模型投射器对实现快速、自动化数字划线非常有必要。三

3、维数字模型投射器硬件方面由工业摄像机、辅助摄像机、DLP投影仪组成，将工业摄像机和投影仪硬件封装，通过控制器与计算机进行通信，同时开发软件交互界面，构成三维数字模型投射器。本文研制的三维数字模型投射器可以实时定向目标设备在三维空间中的位置，建立投射器与设备的空间关系，然后将待投影的技术指标转换到待投影图像上，通过投影仪将待投影图像投射至三维空间中，可以用来实现毛坯件和大尺寸设备表面的数字划线。主要研究内容如下：一、根据三维数字模型投射器的技术指标，选择硬件各个组成部分的型号。选择编码标志类型并依据所选类型设计DLP投影仪标定图像。根据三维数字模型投射

4、器待实现的功能设计软件功能交互界面。二、针对研制三维数字模型投射器所采用的算法和技术方法进行研究。研究了图像预处理、圆形标志边缘检测和中心定位、同名点自动匹配、空间直角坐标系转换和单像空间后方交会，完成三维数字模型投射器整体标定工作。三、简要介绍软件交互界面中的功能模块。利用十参数模型标定摄像机内参数；设计投影仪标定图像，基于张正友标定法完成投影仪标定并计算反向投影误差；通过空间直角坐标系转换得到投影仪相对于摄像机的外参数，从而完成投射器整体标定工作。投射器工作时利用空间后方交会实时定向出目标的空间位置，将技术指标写入待投影图像相应位置，最终将待投影

5、图像投射至实物表面。关键词：投影仪标定边缘检测椭圆拟合像点自动匹配空间后方交会数字划线IAbstractFunctionrepresentationofspaceinformationispatterningmodality,anditsinformationrepresentationisrelativeabstract.Withthediversificationofinformationexpressionforms,itgraduallyextendsfromtheplanarspacetothethree-dimensionalspace.

6、Thetraditionmethodistousetoolssuchastemplatesandtapemeasuresordeterminethepositionofmarkingsbasedondrawingswhenitsneedtobepaintedonequipmentsurfaceinareassuchasshipbuilding,aircraftandrailwayequipment.Suchmethodsrelyonthetechnicallevelofstaffs,whichnotonlytimeandvigouranderror-

7、prone,anditmaycauseirreversibledamagetothesurfacetodevice.Theuseofathree-dimensionaldigitalmodelprojectorcanquicklyorientthespatialpositionofdevice.Therefore,itisverynecessarytodevelopathree-dimensionaldigitalmodelprojectortorealizefastandautomaticdigitalmarking.Thethree-dimens

8、ionaldigitalmodelprojectorconsistsofanindustrialcamera