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《用于微波天线的三维面形测量技术》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
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
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