光笔测量三维建模技术研究

论文摘要

为适应激烈市场竞争的需要,快速高精度的三维建模技术一直是产品制造业的研究重点。在对双目视觉建模技术进行充分研究的基础上,提出了一种光笔测量建模技术,基于几何尺寸和图像进行混合建模,克服传统基于几何的建模技术的低效率和基于图像的建模方法的低精度问题,实现了快速精确的三维建模。以双目视觉理论为基础,对光笔测量建模技术中的图像数据预处理、双目立体视觉匹配、摄像机标定、三维建模等问题进行了深入系统地研究,具体进行的主要工作如下：提取图像的基本信息,计算其灰度值,通过改进的Canny边缘提取方法检测图像的边缘,改进了两种基于边缘的特征点提取算法：(1)引入连接数的概念,进行边缘链码跟踪,采用多边形边缘逼近算法,提取各边交点作为特征点。(2)采用Harris角点提取算法,计算二值化边缘点的Harris角点探测器的值,提取大于阈值的极大值点作为特征点。在归一化互相关测度最高的约束前提下,采用互相关约束对基于边缘的特征点进行立体匹配,提出一种融合光笔测量技术的种子生长插值算法,对已经得到匹配的特征点对进行区域增长,得到密集视差。并融合光笔测量技术,针对弱纹理区域匹配的低精度问题,增加视差梯度的约束。采用张正友标定法进行摄像机标定,得到摄像机的内外部参数,结合匹配点对的视差值,计算匹配点的空间坐标。对离散点进行三维网格重建,融合光笔测量数据,对三维表面进行修正,实现快速准确建模。最后通过OpenGL显示出来,实现三维重建的可视化,并配备了STL文件与BMP文件接口,可方便有效地实现与现有商品化CAD/CAM系统的集成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.2.1 三维数据获取技术
• 1.2.2 三维建模方法
• 1.2.3 光笔测量三维建模技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 计算机视觉理论
• 1.3.2 摄像机标定
• 1.3.3 立体视觉匹配
• 1.3.4 基于图像的三维建模技术
• 1.3.5 国内外的立体视觉系统
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 光笔测量三维建模系统原理及硬件构成
• 2.1 引言
• 2.2 双目立体视觉一般性原理
• 2.2.1 平行光轴的系统结构
• 2.2.2 共光轴的系统结构
• 2.2.3 相交光轴的系统结构
• 2.3 图像采集装置
• 2.3.1 CCD摄像机
• 2.3.2 定焦光学镜头
• 2.4 光笔双目视觉测量系统
• 2.4.1 七点式光笔测量系统
• 2.4.2 七点式光笔测量原理
• 第三章 光笔测量建模系统图像数据预处理
• 3.1 引言
• 3.2 求图像的灰度值
• 3.3 物体边缘提取算法
• 3.3.1 一阶微分边缘算子
• 3.3.2 Canny边缘提取算法
• 3.4 物体特征点提取算法
• 3.4.1 特征点提取算法分类
• 3.4.2 Harris角点提取算法
• 3.5 改进的基于边缘的特征点提取算法
• 3.5.1 改进的Canny边缘提取算法
• 3.5.2 改进的基于边缘的特征点提取算法
• 3.6 实验分析
• 第四章 双目视觉图像匹配
• 4.1 内极线约束原理
• 4.2 匹配的约束条件
• 4.3 目立体匹配研究内容
• 4.3.1 匹配基元的选择
• 4.3.2 匹配方法
• 4.3.3 匹配策略
• 4.3.4 相似性测度
• 4.4 改进的双目立体匹配算法
• 4.4.1 基于边缘的特征点匹配
• 4.4.2 融合光笔测量技术的种子生长插值算法
• 4.4.3 实验分析
• 第五章 融合光笔测量的立体视觉三维建模
• 5.1 双目视觉摄像机模型
• 5.1.1 透视变换模型
• 5.1.2 体视觉摄像机模型
• 5.2 CCD摄像机的标定
• 5.3 三维坐标点的计算
• 5.4 融合光笔测量的三维曲面重构
• 5.4.1 离散点三角网格重构
• 5.4.2 融合光笔测量数据的图像修正
• 5.5 实验分析
• 第六章 光笔测量三维建模系统软件设计与实现
• 6.1 系统功能模块描述与分析
• 6.2 系统数据流图
• 6.3 数据结构
• 6.4 软件接口实现
• 6.4.1 BMP文件接口实现
• 6.4.2 STL文件接口实现
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢