激光视觉三维测量及其标定技术的研究

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1、中文摘要摘要三维视觉测量是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供方便．快捷和准确测量手段。本文以逆向工程及工业检测为应用背景，为了更加准确和快速地采集物体表面三维数字化模型，对激光视觉三维测量系统及其标定技术进行了深入的研究。本文首先对三维测量方法进行了概述，分析了各类方法的优缺点。在此基础上主要研究了基于计算机视觉及光学三角原理的线结构光视觉测量方法。并对线结构光视觉传感器的硬件结构进行了设计，给出了设计原理及设备的配置，接着提出了结构调整方案，并对由安装结构产生的测量误差进行了分析。标定方法是线结构

2、光视觉传感器的关键技术之一，本文在分析、比较各种视觉模型及标定方法的基础上，最终采用考虑镜头畸变因素的针孔摄像机模型作为线结构光视觉传感器的视觉模型。标定方法主要包括标定点的获取方法及传感器模型参数求解方法，本文在分析Tsai两步法求解模型参数的基础上，提出了新的标定方法，通过特殊设计的标靶及六自由度机械手臂来获取激光平面上的特征点作为标定点，通过本文提出的采用线性求解内参数的两步法完成参数求解，该方法快速简单，提高了标定效率。本文通过实验数据对两步法、神经网络方法及本文所提标定方法进行了比较，并对不同方法的特点进行了分析。通过对标准件的扫描及误差计算证明了本文所提方法的可行性与可靠性，测量

3、精度优于0．05mm，实现了实物模型数字化的目的。最后还对影响三维扫描精度的各个因素进行了理论讨论，为三维测量系统整体精度的提高提供了理论依据。关键词：线结构光；视觉测量；摄像机模型；标定技术英文摘要TheResearchonLaserOpticalThree—DimensionalMeasurementandItsCalibratingTechnologyAbstractSincethethree-dimensional(319)digitalinformationmeasurementtechnologyintegratesoptics，machine，electricityandcom

4、putersciencetogether,the3DsurfaceinformationofallobjectCallbetransferredintodigi“signalsquickly,whichcanbeusedinmanufacturingandmachiningfieldsdirectly．Fortherequitingaboutsurfacedigital3Dmodelreconstructioninreverseengineering,the3Dlairopticalmeasuringsystemanditscalibratingtechnologyarcstudied．Th

5、esUttllnaryfor3Dsurfacemeasurementtechnologyisgiven,sothatthereasonofthechoiceofmyresearchtopicisshown．Basedontheanalysisresultsfortheotheropticalmeasurementmethods，theapproachofthelinearstructure—lightopticalmeasurementbasedoncomputervisionandopticaltriangulmionisstudied．Anovelhardwareconfiguratio

6、nofopticalsensorisdesigned,therelativeprincipleandsetupaboutthepresentedsystemareshown,forfurtherimprovingsystemperformance，ndynamicadjustingschemeisprovided．Thesystemerrorisanalyzed．Calibrationisoneofthekeytechnologiesofthelinearstructure—lightopticalsensor,basedontheanalysesandcomparisonofvarious

7、opticalmodelsandcalibrationapproaches，takingaccountoftheaffectionfromlensdistortion,pinholecamel丑modelistaken嬲opticalmodel．Thedevelopedcalibrationapproachconsistsofgettingcalibratedpointsandsolvingtheparame