线结构光三维测量系统关键技术的研究

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1、硕士学位论文线结构光三维测量系统关键技术的研究作者姓名崔亮纯学科专业机械制造及其自动化指导教师邝泳聪副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年4月ResearchonKeyTechniquesofLine-StructuredLight3-DMeasurementSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：CuiLiangchunSupervisor：Assoc.Prof.KuangYongcongSouthChinaUniversityofTec

2、hnologyGuangzhou,China摘要激光三角法是三维表面测量技术的一种，目前被广泛地应用于工业生产、质量控制与机器视觉等领域。随着科技的高速发展，不同工业领域与生活场景对激光三角法的速度和精度提出了更高的要求。本文基于激光三角法的基本原理设计了一套完整的线结构光三维测量系统，并以该系统为研究平台进行了部分关键技术的研究工作：首先，针对目前常见光条中心点提取算法无法适应光条走向变化等问题，结合线结构光三维测量系统的实际情况与光条图像的特点，提出了一种基于骨架法向的光条中心点提取算法，设计了具体的提取流程与处理算法，解决了

3、光条走向复杂情况下的中心点定位困难的难题。其次，基于线结构光视觉传感器的测量原理，通过投影透视摄像机变换模型原理建立了系统的数学模型，详细推导了图像坐标与世界坐标之间的数学转换关系式。然后针对传统标定方法标定过程复杂、计算量大、难以实现自动化标定等问题，提出了一种基于线纹尺的线结构光视觉传感器直接标定新方法，设计了平面靶标与特征点提取算法，通过自动化软件以及少量的人工操作即可实现传感器简单、快速、高精度的自动化直接标定。最后，以本文搭建的线结构光三维测量系统作为实验平台，进行了光条中心提取算法实验、系统标定实验、测量精度验证实验以

4、及三维轮廓测量实验。实验结果均验证了光条中心点提取算法和标定方法的有效性与实用性，同时本文搭建的线结构光三维测量系统表现出了较好的综合性能，能够满足工业生产与测量现场的基本需求。关键词：线结构光；三维测量；激光扫描；系统标定；中心提取IAbstractLasertriangulationisonekindofnon-contact3-Dmeasurementtechnology,whichiswidelyusedinindustrialproduction,qualitycontrolandmachinevision,etc.Re

5、cently,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,therequirementsoflasertriangulationinspeedandprecisionbecomehigherandhigher.Inthispaper,aline-structuredlight3-Dmeasurementsystemwhichbasesonthebasicprincipleoflasertriangulationisdesigned,andtherearesomeresearchesi

6、nthekeytechnologiesofthissystemhavebeendone.Firstly,inordertooptimizetherobustnessofthetraditionallightstripecenterextractionalgorithm,anewlightstripecenterextractionalgorithmbasedonthenormaldirectionoftheskeletonisproposed,whichcombinedwiththeactualsituationoftheline

7、-structuredlight3-Dmeasurementsystemandthecharacteristicsofthelightstripeimages,andtheextractionprocessandtheprocessingalgorithmisdesignedindetails.Finally,thislightstripecenterextractionalgorithmcanextractthecenteraccuratelyevenunderthecomplicatedsituation.Secondly,t

8、hemathematicalmodelofthesystemisbuilt,whichisbasedontheprincipleoftheline-structuredlightvisionsensorandtheperspectiveprojec