基于机器视觉虚拟雕刻刀具跟踪及扫掠体建模的研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringCutterTrackingandResearchonModelingofSweptVolumeinVirtualSculptureBasedonMachineVisionAThesisinMechanicalEngineeringbyWuFanAdvisedbyProfessorLiuSuSubmittedinPartialFulf

2、illmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手

3、段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着计算机技术的快速发展，虚拟雕刻技术在实际生产中的应用越来越广泛，在艺术设计、工业设计、数控加工仿真等各种领域都发挥着非常重要的作用。基于机器视觉的虚拟雕刻技术由于简便、精确、通用性强等特点必然有着广泛的发展空间。本文主要研究虚拟雕刻系统的摄像机标定、目标识别、目标跟踪、目标三维重建、刀具扫掠体建模等5个方面，并利用面向对象的可视化开发工具VC++6.0再结合软件开发包OpenCV和OpenGL进行虚拟雕刻系统的开发实现。主要研究内容如下：在

4、摄像机标定方面，首先根据双目立体视觉系统的成像原理搭建了双目立体视觉系统的试验平台，然后分析了摄像机的标定原理和常用的摄像机标定方法，最后选取了基于2D平面靶标的摄像机标定方法完成了两台摄像机内外参数的标定。在目标识别方面，研究了常用的目标识别方法，最终使用帧间差分与背景差分相结合的方法实现目标物体的识别。在目标跟踪方面，研究了目标物体跟踪的常用方法，提出了一种基于Kalman滤波的混合跟踪算法。首先利用Kalman滤波方法进行目标点预测，然后动态确定搜索区域，最后在搜索区域中对目标点进行精确定位。在目标三维重建方面，利用双目立体视觉中的极

5、线几何约束，在对应点匹配时将搜索范围从二维平面缩小到一维直线；然后在此基础上，再使用SSDA算法实现目标点的匹配，最后利用最小二乘法获得目标点的近似解。在刀具扫掠体建模研究方面，详细地探讨了刀具扫掠体的完整建模过程，即首先对雕刻刀具进行抽象简化，然后对扫掠路径进行拟合，最后在包络理论的基础上通过求解不同时间下的扫掠轮廓曲线来实现刀具扫掠体的构建。关键词：虚拟雕刻，摄像机标定，目标跟踪，目标识别，三维重建，刀具扫掠体I基于机器视觉的虚拟雕刻刀具跟踪及扫掠体建模研究AbstractWiththerapiddevelopmentofcompute

6、rtechnology,Virtualsculpturehasbeenmorewidelyused,itplaysimportantroleinart,industrialdesign,NCmachiningsimulationandotherareas.Virtualsculpturebasedonmachinevisionwillhavewidedevelopmentspacebecauseofsimplicity,accuracyandstrongcommonality.Thispapermainlydiscussescameraca

7、libration,targetrecognition,targettracking,targetreconstruction,sweptvolumeofthevirtualsculpturesystem.AndaspecialvirtualsculpturesystemisdesignedbymeansofVC++6.0,OpenCVandOpenGL.Themainresearchcontentsareasfollows:Incameracalibration,firsttheexperimentalplatformofstereobi

8、nocularvisionsystemisbuiltaccordingtotheprincipleofimagingofstereobinocularvisionsystem,t