基于双目视觉的钢拱架位姿测量技术研究

作     者：江诚 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱国力

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：双目视觉 图像处理 边缘提取 位姿测量 钢拱架 

摘      要：在隧道掘进过程中,需要将钢拱架拼接成环对已挖掘出的隧道部分进行支撑。现阶段施工现场都是使用人工观测、手动调整的方式对钢拱架进行拼接,这种方式费时费力,且不能保证拼接精度。本文选取双目视觉测量作为技术手段,主要研究了钢拱架自动拼接系统中的钢拱架位姿测量技术。本文的主要研究内容有:1)根据课题需求,设计了双目视觉测量系统。通过计算确定了系统中各结构参数,进行了系统硬件的选型,根据双目视觉测量原理设计了测量算法流程;2)分析了相机成像模型以及相机标定原理,并选用张正友法对双目相机进行标定;3)本文选用钢拱架连接板上的螺栓孔圆心作为特征点,研究了图像中特征点的提取算法。在研究比较现有算法的基础上,提出了基于椭圆特征的通孔识别算法,优化判别条件的改进区域生长法,和基于RANSAC算法的椭圆拟合算法,并通过实验验证了算法的可行性;4)基于提取的特征点坐标,分析了钢拱架整体位姿的描述方法。对于两组钢拱架姿态,推导了均方差最小的姿态转换矩阵的计算方法;5)设计实验,并对实验结果进行了精度分析,验证了本文测量方案的可行性。实验结果表明,当连接板与相机成像面偏转角度不超过本方案设计的偏转角度35时,本方案在平面方向的测量精度为0.2mm,纵深方向的测量精度为0.6mm,该结果满足课题需求。