基于结构光和双目视觉的工件3D重建与测量

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1、学校代号10532学号S150900784分类号TP391密级公开硕士学位论文基于结构光和双目视觉的工件3D重建与测量学位申请人姓名喻杨培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称肖昌炎教授学科专业控制科学与工程研究方向图像处理与机器视觉论文提交日期2018年4月17日学校代号：10532学号：S150900784密级：公开湖南大学硕士学位论文基于结构光和双目视觉的工件3D重建与测量学位申请人姓名：喻杨导师姓名及职称：肖昌炎教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：控制科学与工程论文提交日期：2018年4月17日论文答

2、辩日期：2018年5月22日答辩委员会主席：孙炜教授3DReconstructionandMeasurementofWorkpiecesBasedonStructuredLightandBinocularVisionbyYUYangB.E.(ShanghaiUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlScience&Engineeringi

3、ntheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorXiaoChangyanMay,2018硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：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

4、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于结构光和双目视觉的工件3D重建与测量摘要工业自动化中的焊接技术在车辆、石油化工、电子、海洋工程建设等众多领域都有广泛

5、应用。工业机器人视觉导航系统运用在焊接领域主要是通过二维，三维视觉技术实现焊接焊点、焊缝识别跟踪、焊接路径规划等方面，不需要过多的人工干预。相比较二维数据，三维数据能够体现深度信息，从而使机器视觉导航系统能够更好地辅助焊接过程的焊缝跟踪与质量检测，提高系统的安全性和效率。因此，三维成像与测量是焊接视觉导航技术的基础，本文主要针对焊接工件的三维重建进行了研究。为重建目标工件形状以实现焊接半自动机械加工功能，提出一种基于格雷码结构光双目视觉的光学测量方法，对无纹理焊接物体实现了三维重建，从而能够更好地为焊缝跟踪提供更具

6、体的信息。主要的研究内容如下：1)分析了焊接自动跟踪系统的成像平台和待测量对象的成像特点，并综合考虑了焊接三维重建整体结构的可行性，针对焊接物体无纹理特征导致立体匹配过程的困难，采用主动式非接触光学测量方法，设计搭建了双目结构光的三维视觉重建测量系统的硬件平台。2)在标定理论基础上，对双目进行标定从而建立并获取相机与现实之间的对应关系。通过求取内外参数来进行去畸变和极线矫正，并为三维坐标求取提供统一参考系。极线矫正在整个重建过程中将匹配问题从二维降到一维，大大缩减了整体算法的搜索量和运算复杂度。3)针对传统的基于区

7、域的立体匹配算法中匹配基元误匹配问题，添加了简单易行且容错性好的7位格雷码投影的主动式测量方案。采用投影横竖方向的正反码图案方法并二值化对投影图案的黑白条纹边界信息进行提取，得到精准像素块区域进行匹配。粗精匹配得到结果后，对物体采集图像的视角死区的区域进行视差填充后处理，得到了更好效果的视差图。根据三角测距原理计算出对应像素点的三维坐标，从而得到三维点云。将点云进行贪婪投影三角剖分进行重构，得到更贴近现实的曲面从而达到对待测物体进行三维重建目的。针对焊接工件三维重建课题，搭建了相关的硬件平台，完成了相机标定、图像采

8、集、格雷码编码解码、立体匹配、三维点云计算和贪婪投影三角化曲面化重建的全部软件工作。本文在实验室环境下对此三维重建系统进行了可行性分析实验，实现了被测物体的三维点云重建。考虑到工业现场生产环境及无损定位测量，此方法可快速实现目标工件的定位重建，实现难度低且重建准确度高，并满足工业现场的自主编程需求。II硕士学位论文最后，对本文所完成的相关工作进行了总结和展望