视觉图像三维测量教学实验平台设计与开发

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1、——rYllllr!11／5Jiiii3Hl!l,r1,,,l,4JiIIll7rIJl．_3ll⑨天洋大謦中目m代第一M女{硕士学位论文■■一⋯⋯一⋯-■一学科专业：测试计量技术及仪器作者姓名：周迈指导教师：孙长库教授天津大学研究生院2008年6月中文摘要视觉三维测量技术是测控技术与仪器、光电工程等专业的本科生和研究生的重要授课内容，但在该课程的教学中，国内各大高校一直缺乏针对性较强的实验。本文设计了一个包括单目摄像机Tsai氏标定、双目摄像机全局标定、双目摄像机Zhang标定和双目视觉测量圆孔直径四个实验

2、的视觉图像测量教学平台，学生通过这一系列实验可以循序渐进的学习视觉三维测量技术的标定原理和图像处理基础知识。根据视觉图像三维测量技术的主要内容，本文基于一个实验平台设计了四个实验，实验原理涉及单目、双目摄像机标定原理、Tsai氏、Zhang氏标定方法和双目视觉测量原理等视觉检测知识。设计了整套系统的几何位置关系及机械结构。平台主要由CCD摄像机、线激光器、精密平移台、靶标和程控直流电源组成。开发了基于串口通信和单片机控制原理的程控直流电源，以实现用软件控制线结构激光器发光亮度的功能。为Zhang氏标定方法设计

3、并制作了任意摆放位置都能准确确定拓扑对应关系的方向性靶标，研究了相关的靶标图像处理算法。编写了整体实验的标定和测量软件。本平台已用于天津大学测控专业本科生《精密测试基础》课程的实验教学，学生通过一系列的实验，掌握了摄像机标定、测量的基本方法，培养了对视觉测量研究方向的兴趣。经实际教学检验，平台结构简单，操作方便，可扩展性好，适于在高校范围内推广。关键词：视觉三维测量摄像机标定双目视觉图像处理教学实验平台ABSTRACT3DVisualMeasurementisaveryimportantpartofthete

4、achingofundergraduateandmsterwhosemajorsaremeasurementrelated．ButinmostdomesticuniVer51tle8，therearenosupportingexperiments．Inthispaper,fourrelatedandsuecesslVeexperimentsaredesignedinoneexperimentalplatforminordertohelpstudent8conlDrehendandmaster3Dvisioni

5、nspectiontechniqueexactly．ThefourexperimentsaremonocularcameracalibrationwithTsai’Smethod,binocularcamemunificatloncalibmtion，biIlocularcameracalibrationwithZhang’smethodandbinocularvisualholediametermeasurement．AccordiIlgtothemaincontentof3Dvisualmeasureme

6、nt，fourexperimentsincludingknowledgementionedabovearedesigned．Thegeometriclocatlonandstructureofthesystemarepresented，whosemaincomponentsareCCDcamera，line．structuredlaser，precisetranslationstage，dronesandlaserpowersupply2enerator．Laserpowersupplygeneratoris

7、developedtocontrolthebrightnessoftheline．structu】旧dlaserbysoftware．AdirectionaldroneisdesignedforZhang’scalibrationmethoda11drelatedimageprocessingmethodsarestudied．Thecalibrationandmeasurementsoftwarearecoded．Theequipmenthadalreadybeenusedinexperimentteach

8、ing．Studentsshowed盯eatinterestsandfmallymastered旬ndamemalcontentmvisionin5Pectlontechniquethroughseriesexperiments．TeachingresultsprovethattheexperimentalD1atfo彻isportable，easytooperateandexpansible．It