基于垂直向量约束的汽车形貌双目主动视觉检测方法

作     者：陈俊伊 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐观

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：无公共视场 汽车形貌 垂直向量约束 双目视觉 激光平面 

摘      要：近年来随着汽车保有量的逐步增长,汽车的行驶安全和运行维护成为了人们日益关注的焦点,因此对汽车性能参数的定期检测也成为了汽车运用工程领域的重要研究内容。汽车的形貌检测是汽车检测研究的重要组成部分,而基于机器视觉的三维重建技术也已成为包括汽车在内的物体形貌检测的重要方法。由于基于机器视觉的汽车形貌检测方法具有非接触测量、自动化程度较高、成本较低等优点并能为判断车辆类型、车辆超限检测、车辆尺寸参数测量等提供可靠的依据,因此研究基于机器视觉的汽车形貌检测方法对车辆尺寸快速检测、车辆智能分类等具有重要研究意义。在分析汽车形貌检测研究现状的基础上,为了实现在汽车车身的较大尺度范围的检测中所采用的无公共视场相机的测量结果的统一,研究了基于内、外部闭环解算模型的双目主动视觉汽车形貌检测方法。该方法的检测系统包括双目视觉左右内部相机、投影光平面和无公共视场外部相机等组成部分,并构建了内部闭环解算模型和外部闭环解算模型以实现各部分的相机标定。根据建立的柱面靶标-左右内部相机-单外部摄像机的内部双闭环模型,解算了双目视觉左右相机投影矩阵和柱面靶标与左右相机的三维单应关系。由建立的柱面靶标-中继相机-两个外部相机的外部双闭环模型,求解了无公共视场外部相机投影矩阵和外部相机之间的三维单应关系。基于内外部双闭环模型的求解,利用差影法和Hessian矩阵实现了对主动视觉的激光平面的标定。在车身激光投影点重建中,首先对双目视觉的左右内部相机进行对极线匹配,把激光平面标定结果作为初值,以柱面靶标下激光平面坐标重合误差最小为优化目标对激光平面标定结果进行初步优化。为了实现在汽车形貌检测中同时对长度参数和角度参数的准确重建,根据空间向量同时具有长度和方向信息的特点,构造了由直角尺组成的垂直向量约束对激光平面进行了再次优化,垂直向量约束以向量的正交性为角度约束,以向量模长为距离约束,同时考虑了重建角度和重建长度并对两个优化目标进行了平衡。根据标定求解的光平面坐标、投影关系和单应关系建立了汽车形貌双目主动视觉检测方法的重建模型,进行了汽车车身激光投影点重建试验以及在外部摄像机坐标系下的描述汽车形貌的激光平面与车身交线族的重建。最后分析了不同的标定物形状对图像投影点均匀性的影响,并通过试验研究了系统基线距和测量距离对检测精度的影响。