三维激光扫描系统的标定自动化技术及精度研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要三维视觉测量是一项新兴的非常有前景的技术，在逆向工程和产品快速检测等领域中有着广泛的应用。基于计算机视觉双目测量原理，本文主要研究了计算机视觉三维测量中的视觉模型及标定方法、摄像机标定过程自动化、测量精度影响因素等若干关键问题，完成了系统的软件REPR02004的设计与开发，成功实现了三维激光扫描系统HRE的商品化。在三维视觉测量中，标定方法对测量结果的影响是决定性的，本文通过分析、比较各种视觉模型及标定方法，采用考虑镜头畸变因素的三维视觉模型以满足高精度测量系统的需求，并采用两步法实现摄像机参数标定过程。标定过程的复杂性制约着

2、计算机视觉技术的应用，三维激光扫描系统也不例外。本文突破传统的标定过程处理方法，独创性的提出一种摄像机标定自动化技术，从而使复杂的标定过程完全由计算机自动完成。实验结果表明，该标定处理方法鲁棒性强，操作简便，抗噪声、抗环境光性能好，标定精度高而且稳定。而且，该标定自动化技术可以作为一种普遍适用的标定处理方法，推广到其它的视觉应用领域。本文对三维激光扫描系统的测量精度问题进行了深入的研究，总结了影响系统测量精度的各种因素；对图像中心偏移、镜头畸变以及摄像机的景深等关键问题进行了理论分析和数学推导，为提高系统的测量精度提供了理论依据。软件是三维激光扫描系统的灵

3、魂。作者成功设计并开发了可靠性较好、自动化程度较高的商用系统软件REPR02004。根据三维激光扫描项目的特殊性和开发小组的实际情况，本文因势制宜的提出了改进的瀑布模型。该模型不但避免纯瀑布模型的不灵活性以及由于需求分析不明确带来的潜在风险，而且引入并行开发机制，使系统的开发时间大大缩短。关键词：计算机视觉逆向工程测量摄像机标定自动化精度景深瀑布模型华中科技大学硕士学位论文ABSTRACT3DvisionmeasurementisanewbornandpromisingtechnologyanditiswidelyusedinReverseEngineer

4、ing，rapidinspectionofproductetc．Basedonthetheoryofbinocularstereoincomputervision，somekeytechnologiesof3Dvisionmeasurementsuchascomputervisionmodel，calibrationtechnology,calibrationprocessautomationandmeasurementerrorfactorarestudiedinthisthesis．A3DlaserSCallrlersystemnamedHREandi

5、tssystemsoftwarecalledREPR02004havebeendesignedanddevelopedasacommercialproduct．Calibrationmethodiscrucialfortheresultsof3Dvisionmeasurementsystem．Therefore，thisthesisintroducesaneffectivecalibrationmethod，whichtakeslensdistortionintoaccount，tomeettheneedofhigh—accuracy3Dmeasureme

6、nt．TheexteriorandinteriorparameterofcameraCanbecalibratedbytwo—stagecalibrationtechnology．Mostapplicationsofcomputervisionalelimitedbythecomplexityofcalibrationprocessand3Dvisionmeasurementsystemisnotanexception．Authorintroducesanoriginalcameracalibrationprocesstechnologycalledcal

7、ibrationprocessautomationtechnologywhichmakestheprocessofcameracalibrationautomaticallydonebythecomputerwithoutanymanualoperation．Theresultshowsthatthiscalibrationtechnologyhasmanyadvantagessuchashigh—robustness，easy—operation，non·noise—sensitivityandhigh—accuracy．Furthermore，this

8、technologycanbeappliedtoothercomp