基于多光条结构光视觉传感器的大尺寸圆钢测量技术研究

论文摘要

由于现代工业对圆钢参数测量技术的要求不断提高,因此本论文基于多光条结构光视觉传感器,研究了一种能够在线、实时、稳定、快速、非接触的大尺寸圆钢测量技术,并根据要求构建了测量实验装置,测量实验装置的主体是由三个激光器和一个摄像机组成的线结构光传感器。本论文的主要研究内容包括:1.研究了一种基于多光条结构光视觉传感器实现大尺寸钢管直径的测量方法,并设计了三结构光视觉传感器;2.研究了基于一维靶标的摄像机标定理论和方法,采用精密陶瓷球设计了一维靶标,并完成相关实验验证。一维靶标携带方便、成本低、可维护性好,但基于一维靶标的摄像机标定稳定性不好;3.基于任意位姿平面靶标实现了高精度的摄像机标定,同时基于透视投影交比不变性研究了结构光视觉传感器的标定技术。实验结果证明了基于任意位姿平面靶标的摄像机标定和结构光视觉传感器标定技术具有较高的标定精度和良好的实用性。4.研究了图像特征——圆孔中心标定特征点以及光条中心特征的亚像素提取技术,尤其是基于Hessian矩阵实现了光条中心的高精度定位;5.建立了实验装置,并完成了大尺寸圆钢的相关测量实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 计算机视觉概述
• 1.2 视觉检测技术应用
• 1.3 圆钢参数测量相关技术研究及应用现状
• 1.4 本文的主要工作及意义
• 第二章 大尺寸圆钢参数视觉测量原理及传感器设计
• 2.1 已有视觉测量方案分析
• 2.2 基于多线结构光视觉传感器的测量方案
• 2.3 线结构光视觉传感器设计分析
• 2.3.1 结构光视觉传感器数学模型
• 2.3.2 精度分析
• 2.3.3 传感器参数设置
• 第三章 多线结构光视觉传感器标定技术
• 3.1 结构光视觉传感器的三维测量模型
• 3.1.1 线结构光视觉检测基本原理
• 3.1.2 线结构光传感器三维测量模型
• 3.2 摄像机标定
• 3.2.1 摄像机标定概述
• 3.2.2 基于一维靶标的摄像机标定
• 3.2.3 基于任意位姿平面靶标的摄像机标定
• 3.3 多线结构光视觉传感器光平面系数的标定
• 3.3.1 传统线结构光视觉传感器的标定方法
• 3.3.2 基于平面参照物的线结构光视觉传感器标定方法
• 3.4 摄像机标定实验
• 3.4.1 基于一维靶标摄像机标定实验
• 3.4.2 基于任意位姿平面靶标摄像机标定实验
• 3.5 多线结构光视觉传感器标定实验
• 3.6 本章小结
• 第四章 亚像素精度的图像特征提取
• 4.1 圆孔中心（标定特征点）的提取
• 4.1.1 图像高斯滤波
• 4.1.2 自动阈值处理图像
• 4.1.3 椭圆的的识别
• 4.1.4 圆孔中心的图像坐标
• 4.2 光条中心提取的传统方法
• 4.2.1 激光高斯光束
• 4.2.2 三类光条中心提取的传统方法
• 4.3 本论文光条中心提取方法
• 4.3.1 Hessian矩阵法的基本思想
• 4.3.2 光条截面上中心点的提取方法
• 4.3.3 光条中心点的连接
• 4.4 亚像素图像特征提取实验
• 4.4.1 圆孔中心（标定特征点）的亚像素提取实验
• 4.4.2 结构光条中心的亚像素提取实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 大尺寸圆钢参数视觉测量系统实验验证
• 5.1 实验装置与步骤
• 5.2 实验结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢