四目立体测量中的关键技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870512-S249学科分类号：082503硕士学位论文四目立体测量中的关键技术研究研究生姓名孙楠学科、专业航空宇航制造工程研究方向逆向工程与三维几何测量指导教师张丽艳教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一一年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectronicEngineeringResearchontheKeyTechniquesofQuad-nocularStereoMeasurementATh

2、esisinAerospaceManufactureEngineeringbySunNanAdvisedbyProfessorZhangLiyanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2011本文工作得到下列项目的支持国家自然科学基金(50875130)教育部博士点基金(200802870016)江苏省自然科学基金(BK2009382)承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地

3、方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（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物体的三维外形轮廓测量技术在航天、航空、机械、汽车、船舶等行业有着广泛的需求和应用，本文在双目立体测量技术的基础上提出了四目立体测量的方案，扩大了测量系统单次测量范围，实现了不同视角测量数据的自动拼合。论文主要研究内容及成果总结如下：1.深入研究了

4、基于十字靶标的四目立体测量系统标定方法。十字靶标由两根可拆装的靶尺构成，无需已知每个靶点的位置，无需靶点共面，只需精确测量两根靶尺上两段物理距离，十分便于制作、携带，方便实现大视场下的现场标定。靶点设计成具有唯一确定的身份号，使图像间匹配以及图像点和空间点之间的对应稳定可靠。首先采用多视图几何约束和光束平差优化精确获得每个相机的内参数，同时得到在四个相机各自坐标系下重建出的靶点三维坐标点集；系统外参数由相应相机坐标系下三维靶点集合之间的刚体变换直接求得。该方法只需四相机同时对十字靶标拍摄一次，再由四个相机单独拍摄若干幅靶标图像即可，现场操作简单灵活。实验验证了本文标定算法的精度。2.

5、提出了一种面向四目测量的三维点云数据自动拼合方法。在四目立体测量系统中，对于同时拍摄获得的随机散斑纹理图像对采用基于特征和基于区域相结合的匹配算法生成稠密匹配点对，由三角重建法得到物体表面轮廓的三维点云；两两图像先后重建的三维点云数据位于不同相机坐标系下，需通过拼合过程将其转换到同一相机坐标系下。通过系统标定过程中确定的各相机之间的相对位姿关系，方便地获得拼合所需的旋转矩阵和平移向量，从而实现了三维点云数据的自动拼合，实验验证了该拼合方法的精度。3.研究了数据融合算法，其中重叠区域的检测是数据融合中最基础、最重要的步骤，本文采用投影法检测重叠区域，四目立体测量方法可精确求解投影矩阵，

6、从而准确检测出重叠区域。数据融合前首先利用三维空间点与二维图像点的一一对应关系建立规则的三角网格模型，然后选取某视角网格模型作为基准，投影法检测其重叠区域，优化调整后合并重叠的网格数据，并对出现的缝隙进行缝合，最终形成单一拓扑流形的网格模型。关键词：四目立体测量，系统标定，立体匹配，三维重建，自动拼合，数据融合i四目立体测量中的关键技术研究ABSTRACT3Dprofilemeasuringtechniqueishighlydemandedandwidelyusedinaerospacemanufacturing,machineryindustries,automobilemakin

7、g,shipbuilding,diemanufacturingandbiomedicineetc.Basedonthetechniqueofbinocularstereomeasurement,theschemeofquad-nocularstereomeasurementisproposed,whichenlargesthesingle-passmeasurementrangeofmeasurementsystemandautomaticregistra