大尺寸几何量立体视觉测量方法研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870516-S136学科分类号：080202硕士学位论文大尺寸几何量立体视觉测量方法研究研究生姓名杨超专业名称机械电子工程研究方向计算机辅助测控指导教师余厚云讲师南京航空航天大学研究生院机电学院二○一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringStudyonthemethodofstereovisionmeasurem

2、entoflargesizegeometricquantitiesAThesisinMechatronicEngineeringbyYangChaoAdvisedbyAssociateProfessorYuHouyunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016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。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含

3、任何他人享有著作权的内容，对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，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、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）摘要大尺寸几何量测量是航空、航天、造船、风电、雷达等先进制造领域产品质量检测的重点和难点。针对目前通用测量方法存在测量效率低、成本高、操作繁琐等不足，本文结合机器视觉测量的诸多优势，研究了基于双目立体视觉的转站式大尺寸几何

4、量测量方法。论文首先根据摄像机透视成像模型，并针对大尺寸几何量测量的实际应用特点，提出了基于张正友平面标定法和主动视觉标定法融合的双目摄像机标定方法。利用该方法准确标定了摄像机内部参数和系统结构参数，并通过试验验证了该标定结果的正确性。同时，为了克服视觉测量鲁棒性差的缺点，论文采用在工件表面粘贴圆形靶标的辅助测量方法实现大型工件的立体视觉测量。其中，采用圆形度阈值法进行圆形靶标的识别，采用周线拟合法获得靶标圆心位置，并通过试验对多种方法进行了对比分析。针对传统密集相似靶标匹配正确率低的缺点，本文利用透视投影下交比不变的特性，提出

5、了极线约束条件下基于交比不变特性的靶标匹配方法，并通过试验验证了该方法的优势。接下来，通过仿真试验分析比较了三点拼接法、SVD法和单位四元数法在求解坐标系转换矩阵时的抗干扰能力和求解精度方面的差异，确定以空间距离约束法获得空间匹配点对、以SVD法求解各局部坐标系下点云数据间的变换矩阵，实现了各局部点云数据坐标系的统一。最后，论文通过大型工件曲面形貌检测试验和长度测量试验验证了本文提出的大尺寸几何量立体视觉测量方法的可行性和准确性，并对系统测量误差进行了分析。关键词：大尺寸测量，立体视觉，摄像机标定，特征匹配，交比不变性，数据拼接

6、iABSTRACTThemeasurementoflargedimensiongeometryisthekeyanddifficultpointofproductqualityinspectioninthefieldsofaviation,spaceflight,shipbuilding,windpower,radarandotheradvancedmanufacturingfields.Aimingatthecommonmeasurementmethodsformeasurementoflowefficiency,highco

7、st,complicatedoperationandotherissues,consideringtheadvantagesofmachinevisionmeasurement,thispapermakesaresearchonlargedimensiongeometrymeasurement,whichisbasedonbinocularstereovisionandtransferstation.Firstlyaccordingtothecameraperspectivemodelandthecharacteristicso

8、flargedimensionmeasureinpracticalapplication,thispaperproposesabinocularcameracalibrationmethodbasedonZhangZhengyouplanecalibration