基于非平行双目视觉刚体自动对接系统的研究

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1、摘要刚体对接是航空、机械、造船、建筑、化工等领域中常见的项目工程，同时基于先进的机器视觉技术和控制技术的高精度自动对接正成为大势所趋。本文研究了一种基于非平行双目视觉的刚体对接系统。本文首先详细阐述了摄像机的标定的原理及各种算法，借助张氏算法来标定本系统，得到摄像机内部参数及左右摄像机之间的相对位置参数。其次系统讨论了各种图像增强算法，同时根据实验选择了一种适合本视觉系统的图像预处理方法。文中着重研究了Hough变换椭圆中心检测算法，提出了一种新的基于中点提取的快速算法。然后描述了刚体自动对接系统的结构和模型，并结合两摄像机之间的位置关系，选用投影法来求取对准面中心的

2、三维坐标，在此基础上对系统进行模拟实验，并分析对接精度。最后提列出系统所需的各种硬件设备和软件支持，分析软件设计流程，设计实现了刚体对接系统的软件和硬件平台。通过实验证明本系统的对接精度为0．33mm，满足了刚体的精确对接需求。关键词：刚体对接；双目视觉；Hough变换：椭圆检测AbstractABSTRACTRigidbodymergingisacommonprojectintheworldofmachinery，architecture，shipbuilding，chemical，aerospaceandSOon．Andmeanwhileithasbecoming

3、atrendusingthemethodofadvancedimageprocessingandcontroltechnologytoaccomplishtheworkofhighprecisionautomaticmerging．Asystemofrigidbodyautomaticmergingbasedonnonparallelbinocularvisionisintroducedinthispaper．Thetheoryandvariousalgorithmsaboutcameracalibrationwereexpoundedinthefirstpartof

4、thispaper．Inordertoobtaintheintrinsicparametersandexternalparametersofthecamerainoursystem，ZhangalgorithmWasadopted．Secondly，asystematicdiscussionofallkindsofimageenhancementmethodWaSconducted，combinedwithcorrespondingexperiment，SOastoselectthesuitableoneforthesystem．0n恤basisofdetaileds

5、tudyoftheHoughtransformalgorithmofellipsedetection，anewonebasedoncenterextractionwasproposed．Andthenthearchitectureandmodelsofthemergingsystemwereestablished，bymeansofwhichthe3Dcoordinateofthemergingsurfacecenterwasdetermined．Thepapertookaexaminationtothesystemandanalyseditsmergingaccur

6、acy．Atlastthehardwareandsoftwarepackagesthatrequiredbythesystemwerelisted，andsoftwaredesignprocessWasconfirmed，inordertorealizetheentiresystem．TheexperimentalresultsshowthatthemeasuringerrorisO．33mm．whichcansatisfytherequirementofrigidbodyhighprecisionmerging．KeyWords：rigidbodymerging；b

7、inocularvision；Houghtransform；ellipsedetectionIl第1章引言1．1机器视觉概述机器视觉即计算机视觉，包括物理学、应用数学、计算机科学和工程、信号检测与处理、人工智能和认知科学等许多领域。它首先利用摄像机来获取环境中的图像，并将其变成数字信号，然后用计算机来完成对视觉信息的处理。计算机视觉的最终目标是为了让计算机具有认知三维环境信息的能力。借助这种能力，机器不仅能感知物体的几何信息，包括它的姿态、位置、形状、运动等，而且能对这些信息进行存储、描述、识别与理解[1]。机器视觉系统具有自动处理信息、易于与设计信