结构光三维视觉检测关键技术分析

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文术的产生。在国际上，高效率和高精度的三维大尺度测量仍是研究的热点问题，更是船厂亟待解决的问题。1．2三维测量方法的选取从测量技术的发展来看，我们经历了由接触式到非接触式，由一、二维到三维，从手工到自动化测量的过程。工业目标的一、二维测量发展已较成熟，而三维测量，由于其自身的复杂性产生了多种应用于某种专用场合的测量方法，这些方法各有利弊，并且仍是科技界研究的热点。下面简单介绍一下大尺度测+量方法。1．2．1三坐标测量机(CMM)三坐标测量机(CMM，CoordinateMeasuringMa

2、chine)是对三维物体表面轮廓进行测量的传统方法，广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等领域。其数据采集方式有触发式和连续式，技术已相当成熟”。三坐标测量机的特点是测量精度高，但这类方法要求必须与实物接触，因而无法测量柔软物体和测头不能触及的表面；另外，它的扫描数字化速度受到机械限制，测量速度慢，且需补偿测头直径，从而影响了测量效率。1．2．2飞行时间测量法(TimeofFlight)TOF是基于雷达原理的距离传感器，即向空间发射信号，然后接收反射信号并与之比较，以确定目标的方位。根据所采用的受控源不同，具体

3、可分为激光雷达法、超声波法和连续波法。相比之下，激光雷达具有波束窄、波长短等优点，因而具有极高的分辨率，被广泛采用。典型产品为3DVSystems公司的Z-Cam系统。这种方法可得到较高的测量精度，但是必须在被测物体上放置反射靶标。因此，适合稀疏点的测量。1．2．3基于测角仪器测量法常用的设备是经纬仪、电子经纬仪或全站仪。角度误差可以为士2一、±l一、士O．5”。应用的是空间三角测量原理。一般使用两个或四个经纬仪。经纬仪间的相互位置关系在测量之前要首先确定，并建立测量坐标系。而后通过瞄准目标点的水平和垂直角度，计算

4、目标点的坐标值。此法也必须在被测物体上放置反射靶标，测量的是离散点，且需人工瞄准，会受人为因素影响。哈尔滨工程大学硕士学位论文当前应用于工业三维测量且研究较多的是三维视觉测量方法。这一方法基于计算机视觉理论，针对不同的应用提出了不同的测量方式及测量系统结构。由于它是非接触式测量，从而克服了三维坐柄删量机无法测量柔软和测头不能触及表面的物体的缺点，同时具备了以上方法不具有的特点。因此本文针对船厂的具体应用环境，采用三维视觉测量方法对船体分段进行测量，并设计了相应的视觉测量系统结构。1．3计算机视觉人类从外界环境获取的

5、信息中，80％来自于视觉。现实世界的物体都是三维的，而人眼所获得的景物图像是二维的，但是人类视觉系统能够从二维图像中感知三维世界，获得三维世界的信息。计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，利用计算机从二维图像中提取景物的二维或三维结构和属性的描述并加以理解。计算机视觉的研究目标是使计算机具有用图像创建恢复现实世界模型，通过二维图像认知三维环境信息的能力。这种能力将不仅使机器能感知三维环境中物体的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对他们进行描述、存储、识另0和理解””。计算机视觉的

6、研究既带有基础性，又带有很强的应用特征和工程性质，是当今最为活跃的学科之一，是一个重要而又富有挑战意义的研究领域“⋯。1．3．1计算机视觉的发展历史早期的计算机视觉研究主要基于二维技术，多数系统是采用模式识别的方法完成分类工作。1965年Roberts首先成功地对三维积木世界进行解释，Guzman在视觉处理研究中引入符号化处理和启发式方法，以后HutSnan、Clowes等人对积木世界进行研究并分别解决了由线段解释景物和处理阴影等问题。计算机视觉一词最早正式出现于1975年由Winston编辑的论文集里。1982年

7、Ballard和Brown出版了第一部专门介绍计算机视觉理论和技术的专著。此后，大量的期刊、国际会议对计算机视觉技术及其应用进行了专门的讨论。三维计算机视觉所涉及的问题包括深度信息获取，物体形状恢复，运动参数估计和物体识别等。上述研究开始于70年代，在80年代初期得到迅猛发展，而计算机视觉有一个比较明确的体系应归功于Marr提出的视觉理论框架，如图1．1。随着生理学家对生物视觉感知研究的深入，以及计算机视觉研究者对Mart理论框架的局限性的进一步认识，许多研究人员提出了不同的观点，如美国马里兰大学计算机视觉研究实验

8、室的Aloimonosy等提出目的视觉；美国宾夕法尼哈尔滨工程大学硕士学位论文亚大学计算机系的B面csy提出主动视觉：罗切斯特大学的BaIlade和brown提出活跃视觉；犹大大学的Thompson提出老『生视觉等。综合众多计算机视觉研究人员所提出的不同观点可得到如图1．2所示的综合理论框架。要素图2．5维图图1．1~【arr的视觉理论框架图1．2综合理论框