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基于单相片的视觉测量技术研究

基于单相片的视觉测量技术研究

作者：王永强解放军信息工程大学

学位级别：硕士

物体位置和姿态的在线测量是实现精密工程测量领域中大型装备装配、目标跟踪等任务的关键环节。单相机视觉测量系统作为视觉测量系统的一部分,因其结构简单、测量范围广、精度较高等特点,成为近年来国内外研究的热点。本文的研究对象是... 详细信息

物体位置和姿态的在线测量是实现精密工程测量领域中大型装备装配、目标跟踪等任务的关键环节。单相机视觉测量系统作为视觉测量系统的一部分,因其结构简单、测量范围广、精度较高等特点,成为近年来国内外研究的热点。本文的研究对象是单相片视觉测量系统,研究工作主要围绕利用单张相片解算被测目标位置及姿态参数的关键技术展开,主要包括测量模型建模、光笔标定、基于点特征的单相片位姿参数解算等技术。论文设计并开发了一套单相片视觉测量系统,具有稳定性好、通用性强、精度较高等特点。论文的主要工作和创新点如下:1.构建了基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代求解相机外方位元素的系统测量模型。根据基于4个非共线控制点的单像空间后方交会原理求解相机外方位元素初值,基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代求解外方位元素,利用坐标转换建立系统测量模型。2.提出一种简便高效的光笔现场标定方法。根据测量原理对光笔的结构、制作材料、标志点的种类、尺寸及数目进行分析,设计了一款符合实际应用的新型光笔。本文标定方法仅需要系统本身的相机、三脚架、两根长度已知的基准尺和一个标定球,可实现光笔标志点及测头在光笔设计坐标系下三维坐标的同时标定。首先利用两根基准尺标定光笔标志点坐标,再依据光笔随标定球转动时球心位置不变原理,建立光笔测头标定数学模型,利用最小二乘原理标定光笔测头坐标。3.改进了基于光笔的单相片坐标测量技术。利用单像空间后方交会原理建立光笔与相机坐标系间的转换模型,根据最小二乘迭代原理精确求解模型转换参数;使用回光反射标志点配合闪光灯获取高质量像点坐标,有效增大了摄影距离。为验证坐标测量精度,以可视性、摄影距离等为约束条件建立一个适用于多传感器的室内三维控制网。并通过实验验证了该方法的正确性。4.优化了基于点特征的单相片位姿测量技术。通过分解旋转矩阵的形式线性求解相机分别与参考目标、工作目标的旋转平移参数,以相机坐标系为桥梁,直接建立位姿解算的线性公式;针对纹理信息缺失的目标,本文利用在目标表面布设适量的回光反射标志点代替LED平面靶标进行位姿测量,无需标定平面靶标与目标的位置。5.开发了一套单相片视觉测量系统。本系统既能实现坐标测量,又能进行位姿测量。并以直径2.4m天线为实验对象进行位姿测量实验,6m距离内,系统位置测量外符合精度优于0.1mm,角度测量外符合精度优于20″。

关键词：单相片三维坐标测量位姿测量单像空间后方交会光笔标定坐标转换

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wMPS三维精密测量系统硬件分析与设计

wMPS三维精密测量系统硬件分析与设计

作者：端木琼天津大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,精密三维坐标测量技术已经成为现代工业中不可或缺的测量手段,wMPS三维测量系统是一种基于光电扫描的空间交会式测量系统,具有精度高、抗干扰能力强、能满足多用户同时使用、简单易用的特点。本文分析了wMPS三维坐... 详细信息

随着现代工业的发展,精密三维坐标测量技术已经成为现代工业中不可或缺的测量手段,wMPS三维测量系统是一种基于光电扫描的空间交会式测量系统,具有精度高、抗干扰能力强、能满足多用户同时使用、简单易用的特点。本文分析了wMPS三维坐标测量系统的优点,研究了wMPS三维测量系统的测量原理及系统组成,提出了硬件要求。其中,为了保证发射器稳速旋转,本系统采用了电机锁相伺服控制技术和无接触供电技术。本文还讨论了接收传感器的基本结构,提出了底层软件算法和跟踪算法。论文主要研究工作如下:1.针对大尺寸测量的需求和应用,分析了wMPS三维坐标系统的测量原理,提出了系统硬件方面的要求和该系统的研究意义和研究目的。2.根据测量原理对发射器旋转平稳性的要求,研究了电机锁相伺服控制技术和无刷电机驱动技术,给出了实现方案。3.根据旋转平台供电的要求,分析了无接触供电的特点、拓扑结构、数学模型和控制策略,采用串联谐振式半桥ZVS变换器实现了无接触供电,保证了激光器供电的可靠性和稳定性。4.采用PIN二极管和跨阻放大器作为光电模块,并加入时点判别电路,保证脉冲时刻的准确测量。5.采用了FPGA和CPU作为数字处理系统,设计了底层控制算法,为正确处理测量数据提供了保证。6.通过实验对系统的硬件系统进行了验证。

关键词： wMPS 三维坐标测量无接触供电锁相环恒速控制

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发动机尾喷口几何形状测量方法研究

发动机尾喷口几何形状测量方法研究

作者：赵远方沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

发动机尾喷口矢量喷管的扩张、收缩和偏摆的空间尺寸、运动轨迹对飞机的飞行安全至关重要,因而矢量喷管的三维坐标测量在战斗机研发中起到了举足轻重的作用。但考虑到战斗机尾喷口试车过程中的特殊环境,即工作在高温气流和实时运动的环... 详细信息

发动机尾喷口矢量喷管的扩张、收缩和偏摆的空间尺寸、运动轨迹对飞机的飞行安全至关重要,因而矢量喷管的三维坐标测量在战斗机研发中起到了举足轻重的作用。但考虑到战斗机尾喷口试车过程中的特殊环境,即工作在高温气流和实时运动的环境下,传统的测量方法对此已经难以胜任,我们不得不考虑一种新型的现代化测量方法,即视觉测量技术。本论文研究的是与航空发动机研究所的合作项目,在国内首次利用多目视觉测量系统对发动机矢量尾喷口的几何参数进行测量,主线就是利用HALCON软件平台对八目相机拍摄的尾喷口图像处理和计算,最终得到尾喷口边缘空间坐标等信息。本文除了介绍了机器视觉测量中的一些基础性理论知识,还详细研究了以下内容:首先是实验平台的构建,其中重点研究了光源照明系统,这对后期能否拍摄到适用性的图像起到非常关键的作用。其次研究了多目标定中的两种实用方法,即标定板不能同时被八个相机完整拍摄到和标定板能同时被八个相机完整的拍摄到两种情况下的研究。接着介绍了角点检测尤其是我们实验用到的X型角点提取的一些原理和立体重构过程中如何去掉错误的三维重建点的方法。最后用MATLAB对基于世界坐标系下的三维坐标点进行圆形拟合以及求解偏摆角和圆形半径,并对实验室环境下和实验基地两种环境下的测量结果进行验证和分析。

关键词：三维坐标测量视觉测量光源照明多目标定角点检测立体重构

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基于数字全息显微的粒子场测量技术研究

基于数字全息显微的粒子场测量技术研究

作者：刘雨萌西安理工大学

学位级别：硕士

数字全息显微技术是一种实时、定量、非接触、高精度的三维测量技术,已在活体细胞显微观测、微电子元件三维形态检测、微观粒子位置追踪以及微流道检测等领域具有广阔的应用前景。目前的微观粒子探测与科技的发展息息相关,微粒参数的测... 详细信息

数字全息显微技术是一种实时、定量、非接触、高精度的三维测量技术,已在活体细胞显微观测、微电子元件三维形态检测、微观粒子位置追踪以及微流道检测等领域具有广阔的应用前景。目前的微观粒子探测与科技的发展息息相关,微粒参数的测量对工业冶炼、农业生产、空气质量等方面与都有着重要的科学价值。因此,本文基于数字全息显微技术开展粒子场测量相关理论和实验研究,提出一种用于粒子场内粘连粒子和单个粒子目标识别的卷积神经网络,搭建一套离轴数字全息粒子场测量光路系统,实现了粒子的三维测量和形貌参数提取。本文主要研究内容如下:(1)针对粒子场中密集分布的粘连粒子和单个粒子识别问题,本文提出一种于改进的Faster R-CNN网络模型,在Faster R-CNN网络框架基础上,采用平衡特征金字塔、可变形卷积结构和金字塔拆分注意力机制等结构对网络进行改进,可用于粒子分布密集、挤压形变、粘连重叠等情况下的粒子自动识别。以公有数据集为研究对象,验证了该网络模型的目标识别能力。将改进网络模型与其他网络模型进行对比,结果表明,本文提出的改进Faster R-CNN网络在平均精度均值评价指标上要优于原网络模型和单阶段主流网络模型,为后续粒子场测量奠定基础。(2)粒子场三维坐标检测包括二维粒子场平面坐标测量和三维粒子场纵向坐标测量。其中,二维粒子场平面坐标测量对粒子图像进行预处理、二值化、边缘检测、Zernike矩亚像素精度边缘检测和Hough变换圆检测,获得粒子二维平面坐标。在此基础上,利用数字自动聚焦方法判断粒子的最佳再现距离,从而获得粒子的Z轴坐标。分别以二维粒子场和三维粒子场进行仿真,验证了粒子场三维坐标测量方法的可行性,为实际粒子场三维坐标测量提供了指导。(3)设计并搭建离轴数字全息粒子场测量光路系统,利用USAF1951标准分辨率板进行实验系统标定。实验选用10μm聚苯乙烯微球为样本,拍摄粒子在悬浮态下的全息图,利用改进Faster R-CNN网络模型对粒子场内粘连粒子和单个粒子进行自动识别,并对稀疏粒子场和密集粒子场分别进行三维坐标测量,获得实际粒子场中粒子的三维坐标。同时,重构粒子三维形貌,实现对粒子粒径的测量。本文采用的数字全息显微粒子场测量方法,具有精度高、自动检测的优点,可被应用于生物医学、工业检测、加工制造等领域。

关键词：数字全息显微技术粒子场测量目标识别改进Faster R-CNN网络三维坐标测量

基于机器视觉的锅炉关键管道宏观位移检测方法研究及应用

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基于机器视觉的锅炉关键管道宏观位移检测方法研究及应用

作者：宋继湘长沙理工大学

学位级别：硕士

锅炉蒸汽管道的蠕变和宏观位移是锅炉安全运行需要监测的重要方面,上述位移的实时监测可以反映锅炉蒸汽管道内部的应力应变情况。为了能够实时在线准确获取管道宏观位移,本文从视觉测量技术研究出发,利用支吊架与管道的结构关系,提出一... 详细信息

锅炉蒸汽管道的蠕变和宏观位移是锅炉安全运行需要监测的重要方面,上述位移的实时监测可以反映锅炉蒸汽管道内部的应力应变情况。为了能够实时在线准确获取管道宏观位移,本文从视觉测量技术研究出发,利用支吊架与管道的结构关系,提出一种基于视觉的锅炉关键管道的宏观位移以及蠕变情况的测量方法,并自主设计一套应用此方法的在线检测系统。提出锅炉蒸汽管道蠕变情况及宏观位移检测方法,该方法通过在弹簧支吊架下节点焊两个标志圆,以标志圆圆心为标志点,根据标志圆圆心的三维空间坐标,拟合弹簧支吊架下节所在直线的直线方程,联立蒸汽管道的圆柱体曲线方程,得到二者的交点,根据该交点坐标的变化量即可得出该点宏观位移,在此基础上,进一步结合多个支吊架,将支吊架与管道的交点转换到同一个坐标系中,则可根据彼此交点距离的变化量,得到在两个或多个支吊架之间管道的蠕变情况。为了实时准确获得标志圆圆心的三维坐标,采用了标志圆视觉检测算法,即先对图像进行灰度化及灰度直方图分析,接着进行图像去噪处理,之后对图像进行二值化,并通过边缘特征提取标志圆的轮廓,用Hough变换检测标志圆,获得标志圆圆心的像素坐标,最后根据针孔成像模型得到标志圆圆心的三维坐标。实验验证了该方法的可行性。针对强光照、标志圆表面积灰等复杂环境,常规方法检测误差大甚至无法检测的现象,提出基于HSV模型的图像处理算法,该方法通过对HSV中H分量、S分量和V分量进行的一系列数学组合运算和色调、饱和度及亮度配比系数的调整,可有效解决强光照,表面积灰等情况,仿真实验结果证明了该方法的有效性。设计了一套锅炉管道宏观位移在线检测系统,运行于珠海电厂1号机组。软件系统采用VC在VS2013开发环境下进行开发,试验结果表明该系统能够全天候对锅炉管道宏观位移进行实时在线检测,精度高,该方法的成功应用为锅炉蒸汽管道失效概率和剩余寿命计算模型的建立奠定了基础。

关键词：机器视觉三维坐标测量锅炉管道位移测量

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基于双目立体视觉的三维特征点测量方法研究

基于双目立体视觉的三维特征点测量方法研究

作者：张强吉林大学

学位级别：硕士

目前,伴随着科学和经济的不断发展,双目立体视觉技术凭借其设备成本低,精度高,非接触等优点越来越广泛地应用于工业检测、航空航天、生物医学等各个领域。本文针对目前工业生产以及工业检测中所出现的问题对双目立体视觉的关键技术进行... 详细信息

目前,伴随着科学和经济的不断发展,双目立体视觉技术凭借其设备成本低,精度高,非接触等优点越来越广泛地应用于工业检测、航空航天、生物医学等各个领域。本文针对目前工业生产以及工业检测中所出现的问题对双目立体视觉的关键技术进行了研究,并提出了一种基于双目立体视觉的桶箱与桶盖识别和定位方法。本文主要完成了以下工作:第一,本文首先针对在检测时桶盖的表面涂层会反光导致特征点的检测不准的问题,设计出了一种基于双立方插值法的光照补偿算法,该算法有利于提高后续左右两幅图像在图像处理算法中参数或阈值选取的适用性和提取左右两幅图像特征点的准确性。第二,对本文中的目标工件进行了分析,主要针对工件的表面以及工件的外形识别特征。本文根据桶箱特征点的特性设计了基于连通区域的特征点轮廓提取方法,根据桶盖特征点的特性设计了基于Hough圆和Hough直线变换的特征点提取方法。第三,深入地研究了图像处理技术。根据原始图像的特性,经多种算法对比研究后,确定了合适的图像处理方案,包括桶箱和桶盖图像的滤波,对桶盖进行的边缘检测以及对桶箱进行的二值化。最后利用三维重建原理完成了对特征点的三维坐标计算。第四,根据本文的应用环境自行研发了双目立体视觉硬件系统,并根据检测环境完成了双目立体视觉系统的标定,对采集到的图像进行了立体校正。最后,本文开发了一套基于OPENCV与MFC相结合应用软件,成功实现了对二维特征点的求取以及三维坐标的计算,并且通过实验对三维坐标的准确性和稳定性进行了验证。实验结果表明,可以通过双目立体视觉完成对工件特征点的三维坐标计算,并且具有较高的准确性和稳定性。

关键词：双目立体视觉光照补偿轮廓提取 Hough变换三维坐标测量

基于ZigBee技术的wMPS测量系统数据节点关键技术研究

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基于ZigBee技术的wMPS测量系统数据节点关键技术研究

作者：杨钊天津大学

学位级别：硕士

本文通过分析wMPS测量系统中的数据传输问题,并对比国内外大尺寸测量系统的通信形式,提出了构建基于ZigBee技术的无线传感器网络,ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生,并展示了迅猛发展的良好势头。该技术具有微消耗... 详细信息

本文通过分析wMPS测量系统中的数据传输问题,并对比国内外大尺寸测量系统的通信形式,提出了构建基于ZigBee技术的无线传感器网络,ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生,并展示了迅猛发展的良好势头。该技术具有微消耗能量、强组网能力、低营运成本、高可靠性等特点,已广泛应用到网络通讯、工业自动控制、医疗监控、自动收缴费、消费类电子产品、PC外设的无线连接等领域。本文实现了ZigBee无线传感网络技术与wMPS大尺寸测量系统的集成,根据wMPS测量系统中发射器、接收器、解算工作站节点的不同测量功能分别在节点内实现了协调器、路由器通讯模块。节点通讯硬件电路方案选择使用Microchip公司PIC18F4620单片机控制的MRF24J40 Zigbee收发芯片,软件设计根据2006协议栈,实现数据的接收和转发和汇总。设计了wMPS测量系统接收器端与ZigBee通讯模块相连的数据预处理模块,芯片采用Xilinx公司的Spartan-3E系列FPGA:XC3S500E,应用单片机PIC32MX360F512L实现对计时点数据的滤波功能。设计了数据预处理模块的硬件电路,及单片机软件滤波程序。通过实验证明,本文所设计ZigBee通信模块能够准确、迅速、可靠的传输和路由数据,并且经过数据预处理模块滤波能够较好的去除测试过程中的噪声。该系统克服了传统有线网络的局限性,能够灵活可靠的实现wMPS的数据传输,具有很强的应用性。

关键词： wMPS 三维坐标测量无线传感器网络 ZigBee ZigBee2006协议栈单片机滤波

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阵列光机结构件安装集成测量与评估技术研究

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2021年第9期 291-293页

作者：陈海平刘长春周海倪卫张尽力中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

本文首先分析了大科学装置结构阵列化的特点。然后,针对阵列化的结构件提出了离线精密装校,在线整体调整的安装集成总体思路。最后,结合精密光学测量技术与三维坐标测量技术,对3×3阵列化光机结构件(OM2模块)安装集成进行精密测量与评... 详细信息

本文首先分析了大科学装置结构阵列化的特点。然后,针对阵列化的结构件提出了离线精密装校,在线整体调整的安装集成总体思路。最后,结合精密光学测量技术与三维坐标测量技术,对3×3阵列化光机结构件(OM2模块)安装集成进行精密测量与评估。实现了OM2模块安装位置误差约为1mm,姿态误差约为0.4mrad,在进一步优化调整机构的结构设计后可满足该阵列光机结构结构准直误差要求。

关键词：大科学装置结构准直阵列化光机结构件三维坐标测量罗德里格矩阵

维普期刊数据库评论

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挂弹车实时对准测量方法

测试技术学报 2015年第5期29卷 427-431页

作者：沈铖武刘畅李建荣刘玉生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了实现挂弹车全自动装填,缩短装填导弹时间,需要精确测量导弹挂钩与飞机挂架挂点之间的相对位置关系,提出了一种实时相对位置测量方法,详细介绍了该系统测量原理,推导出了参数测量公式,并分析了主要误差源对测量精度的影响.该系统主... 详细信息

为了实现挂弹车全自动装填,缩短装填导弹时间,需要精确测量导弹挂钩与飞机挂架挂点之间的相对位置关系,提出了一种实时相对位置测量方法,详细介绍了该系统测量原理,推导出了参数测量公式,并分析了主要误差源对测量精度的影响.该系统主要由光学镜头、面阵CCD、激光器、合作目标及处理电路等组成,能够实现导弹挂钩与飞机挂架挂点之间X,Y,Z三维坐标的测量,根据仿真计算,当导弹挂入挂架瞬间,X方向测量误差为4.44mm,Y方向测量误差为0.43mm,Z方向测量误差为0.75mm.

关键词：挂弹车相对位置三维坐标测量面阵CCD