用于微波天线的三维面形测量技术

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1、第30卷第5期华中科技大学学报（自然科学版）VOI.30NO.52002年5月J.~uazhOngUniv.OfSci.&Tech（.NatureScienceEditiOn）May2002用于微波天线的三维面形测量技术吕乃光桑新柱邓文怡董明利（北京机械工业学院电子信息工程系）摘要：在三维立体视觉测量原理的基础上，建立了用于微波天线面形测量的三维视觉测量系统.分析了该测量系统优于其他测量系统的主要优点，给出了它的测量原理，介绍了系统组成及其功能，通过对微波天线的面形测量，验证其可行性.对空间点位进行多次重复测量表明：x，y方向的测量标准差优于0.1mm，z方向的测量标

2、准差优于0.18mm，满足微波天线的面形测量要求.关键词：微波天线；视觉测量；三维测量中图分类号：T~761.7文献标识码：A文章编号：1671-451（22002）05-0016-03目前三维测量的方法很多［1］，其中，三维视觉像平面坐标系分别为x和x1y12y2.测量技术用于微波天线面形测量具有非接触测现以CCD摄像机在两个方位为例，说明系统量、测量时间短、对环境要求低、测量范围大等优的透视变换关系.如图1所示，P为任一空间三点.维物点，设其物空间坐标为P（X，Y，Z），其在摄本文以微波天线为测量研究对象，介绍三维像机方位!和摄像机方位"CCD像面上的像点坐视觉测

3、量技术的原理、系统的组成及实现，最后给标分别为P（1x1，y1）和P（2x2，y2）.出实际测量的实验结果和结论.对摄像机方位!像点坐标与物点坐标有如下变换关系［2］：!三维视觉测量技术原理xwaaaaéXùé11ùé1234ùêYúêúêúy1w1=a5a6a7a8êú，（1）利用CCD摄像机可以获取一个三维物体的êêúúêêúúêêZúúëw1ûëa9a10a111ûëû二维图像，这就是实际空间坐标系和摄像机像平1面坐标系之间的透视变换.通过摄像机在不同方式中，w1为非零参数；a1，a2，⋯，a11为系统变换位拍摄的两幅或两幅以上的二维图像，可以综合矩阵的元素，与

4、第一个摄像机的安放位置及成像出物体的三维曲面轮廓［2］.如图1所示，为说明系统!的参数有关，可通过系统定标来确定.摄像机方位"像点坐标与物点坐标有如下变换关系：Xéx2w2ùéJ1J2J3J4ùéùêYúêúêúy2w2=J5J6J7J8êú，（2）êêúúêêúúZêêúúëw2ûëJ9J10J111ûëû1式中，w2为非零参数；J1，J2，⋯，J11为系统变换矩阵的元素，与第二个摄像机的安放位置及成像系统"的参数有关，也可通过系统定标来确定.方图1物空间坐标系和摄像机在两不同程（1）和（2）可分别化为方位的像平面坐标系［P0R］!=［x，y］T；（3）111问题方

5、便，设物空间坐标系为XYZ，CCD像面的［P0R］"=［x，y］T，（4）222收稿日期：2001-12-17.作者简介：吕乃光（1944-），男，教授；北京，北京机械工业学院电子信息工程系（100085）.基金项目：北京市教育委员会科技发展计划资助项目（99KJ43）.第5期吕乃光等：用于微波天线的三维面形测量技术17XYZ10000置对称放置，在每一位置同时完成采集定标靶和式中，P=[]；0=[]；0000XYZ1被测天线图像的工作；特征点作为检测的目标；图-x1X-x1Y-x1Z像采集卡用于把图像采集到计算机内；三维已知R1=[]；R2=-y1X-y1Y-y1Z

6、的定标靶用于完成摄像机方位标定；计算机完成-x2X-x2Y-x2Z[]；!=［a1，a2，⋯，-y2X-y2Y-y2Za］T；"=［6，6，⋯，6］T.a和6加起来共22111211ii个未知参数，利用一个已知靶点和它在两个方位CCD像面上的像点可建立4个线性方程.欲求22个未知参数，则至少需6个已知靶点.利用已知的6个或6个以上靶点，根据上述方程，便可解得这些参数.这是测量工作的第一步，即求出双摄像机组成的测量系统的变换矩阵!和"，称为系统定标.测量的第二步是根据被测点P在两个方位图2测量系统硬件结构示意图CCD像面上的像点坐标（x1，y1）和（x2，y2），求图像

7、采集、处理、摄像机标定和数据计算的工作.软件包括：数据采集；图像处理；系统标定；图像匹得未知点P的物空间三维坐标（X，Y，Z）.配；三维坐标计算及面形分析.由方程（1）和（2），还可得到如下方程：离线测量系统采用一个CCD摄像机，采用的（a1-a9x1）（a2-a10x1）（a3-a11x1）[]·设备少，成本低，但测量时间长，要求被测对象和（a3-a9y1）（a6-a10y1）（a7-a11y1）靶标严格静止，对环境要求较为严格.在线测量系x1-a4［XYZ］T=[]；（5）统采用四个CCD摄像机，同时分布在四个方位，y1-a3采用的设备较多，成本