远距离三维坐标测量中双目立体视觉系统结构参数优化研究

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1、远距离三维坐标测量中双目立体视觉系统结构参数优化研究ResearchonOptimizationofStructuralParametersofBinocularVisionSysteminRemote3-DCoordinateMeasurement领域：仪器仪表工程作者姓名：卞越新指导教师：王向军教授企业导师：天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或

2、其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要针对野外远距离、复杂地形的靶场双

3、目立体视觉坐标定位系统，建立了该系统的三维坐标测量模型，介绍了适用于该系统的标定方法，重点分析了视觉系统的结构参数对系统测量精度的影响，通过仿真分析的方法总结出系统结构参数设计的原则，并利用外场试验的方式对其进行了验证，实验结果表明该系统的测量精度满足系统设计指标要求。采用基于双目立体视觉原理的定位系统，具有定位快速、识别准确、定位系统与定位对象本身非接触等特点。其流程一般包括：摄像机标定、图像获取、特征点匹配和三维重构。目前，双目立体视觉定位原理已经逐渐走向成熟，而双目系统的结构参数的设计水平，直接影响到系统的测量精度高低，因此合理的系统结构

4、将大大提高系统的测量水准。本文采用的测量结构为交汇式双目立体视觉结构，是常用的双目结构之一，相对于平行式的测量结构，具有公共视场广、测量精度高等特点，适用于本系统所应用的靶场环境。本文主要研究内容包括：1.调研了本课题的研究背景和工程应用需求，对自动化报靶系统的国内外研究现状进行了介绍。2.对基于双目立体视觉原理的目标定位方法、双目立体视觉结构参数设计的研究现状进行了介绍。3.结合本系统的应用背景，依据双目立体视觉原理，建立适合本系统的测量模型，同时确定系统的标定方法，该标定方法要求能够适应靶场距离远、地形复杂等特点，能够快速便捷的进行现场操作

5、。对简化的测量模型中平移矢量的测量方法以及图像特征点坐标提取的方法进行了介绍。4.由测量模型出发，分析了影响系统坐标测量精度的因素，通过仿真分析的方式重点分析了系统的布局方式、GPS测距精度以及相机调平精度对测量误差的影响，根据仿真数据结果给出了系统结构参数的设计原则。5.通过多次外场试验的方式，分析几种不同的系统布局方式下，系统的测量定位精度，试验结果验证了系统的测量精度符合设计指标的要求，同时文中给出的系统结构参数设计原则，为现场系统能够快速架设提供了理论指导。6.对本课题中存在的不足和系统有待改进的环节进行了总结。关键词：双目视觉定位三维

6、坐标测量系统结构参数系统布局误差分析ABSTRACTFortheapplicationenvironmentwithlongdistance,largerviewfiledandcompleteterrain,a3Dcoordinatemeasurementsystemhasbeenestablishedbasedonbinocularstereovision.Thispaperintroducedsystemcalibrationmethod,andanalyzedthesystemstructuralparameters’influence

7、forthesystemmeasurementaccuracy.Bysimulation,thepapermakeaconclusionontheprincipalofsystemstructureparametersdesign,anditwasverifiedbytheoutsideexperiments.Theresultsshowedthatthesystemmeasurementaccuracysatisfiedthesystemdesignrequirements.Withthetheoryofbinocularstereovisi

8、on,ithasthecharacteristicsoffastlocate,accurateposition,non-contactbetweenl