基于双目立体视觉的测量技术研究

作     者：唐志豪 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伯全

授予年度：2006年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：视觉测量 双目立体视觉 摄像机标定 特征提取 立体匹配 

摘      要：视觉测量技术作为一种非接触式的先进测量技术，具有精度高、效率高、成本低等诸多优点，能适应现代制造业对产品检测的要求，在现代化生产中有很大的应用前景，但目前立体视觉算法还存在许多缺陷，难以达到实时性、鲁棒性和精度方面的完美结合。本文主要是研究立体视觉三维测量技术的关键理论，主要研究内容如下： 1．组建了立体视觉系统，在深入分析和研究DLT方法、Tsai的RAC方法和Zhang方法三种传统摄像机标定方法的基础上，制作了平面网格标定板，并用万能工具显微镜精确测定了角点坐标，采用Zhang平板标定方法获得了敏通摄像机MTV-2346CA所有的内、外参数，其再投影误差在x方向不超过1.2个像素，在y方向不超过0.8个像素。 2．对SUSAN和Harris角点检测理论进行了深入研究，并对Harris算法进行了改进，采用二次曲面拟合方法实现了角点坐标的亚像素定位，用稳定性、可靠性和抗噪性三个准则对该算法进行了定性、定量分析，结果表明，改进后的方法具有很好的定位性能。对直线、圆和椭圆三种常见几何特征的提取方法进行了研究：采用经典的Hough变换实现了直线检测;改进了传统Hough变换提取圆的方法，通过两步法实现圆的检测;采用最小二乘拟合法代替传统的Hough变换实现了椭圆的快速检测，提高了检测效率。 3．对区域相关算法进行了研究，在传统的SAD、SSD和NCC三种灰度相关度测度函数的基础上，将动态规划和最小割等优化理论引入到匹配中，提高了匹配的速度和准确度。通过对传统匹配算法的改进，提出了两种匹配算法：基于动态规划的快速立体匹配算法和基于最小割的立体匹配算法。实验表明，后者的匹配效果优于前者，降低了误匹配。 4．在上述理论研究的基础上，结合工程实践，实现了复杂零件多尺寸的高精度测量，相对误差小于0.9％，并对三维曲面重建进行了初步研究，完成了部分圆柱曲面的三维重建。