便攜型立體視覺測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)研制了基于攝影測(cè)量原理的便攜型立體視覺測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不借助激光、光柵、反差增強(qiáng)劑等輔助設(shè)施的情況下，利用普通圖像和立體視覺測(cè)量的方法獲取所測(cè)物體的形貌及三維深度信息，能夠滿足快速測(cè)量及建模的大部分需求，具有體積小、成本低、開發(fā)容易、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)便攜型立體視覺測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，包括攝影測(cè)量器材的選擇、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合等硬件平臺(tái)的搭建；圖像獲取與處理、立體匹配、三維深度信息提取、深度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等軟件模塊的實(shí)

2、現(xiàn)；系統(tǒng)標(biāo)定及測(cè)量精度的分析和評(píng)價(jià)等，最后通過(guò)實(shí)例示范了系統(tǒng)的使用方法及三維建模的過(guò)程，系統(tǒng)可準(zhǔn)確完整地獲取小型物體(包括紋理單一的機(jī)械零件)的三維形貌信息，測(cè)量精度能夠滿足逆向工程、虛擬工程、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域中測(cè)量及建模的要求。 課題的主要工作和創(chuàng)新之處包括以下幾個(gè)方面： 1、通過(guò)引入數(shù)字量化效應(yīng)修正了立體視覺系統(tǒng)測(cè)量模型，估計(jì)了系統(tǒng)的有效視場(chǎng)，分析了系統(tǒng)的測(cè)量精度，并對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化方案。在工程中可以根據(jù)攝像機(jī)參

3、數(shù)、基線長(zhǎng)度、測(cè)量距離等參數(shù)估計(jì)測(cè)量誤差；也可根據(jù)測(cè)量精度要求，指導(dǎo)立體視覺測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2、提出了針對(duì)單一紋理表面的立體匹配方法，擴(kuò)大了攝影測(cè)量的適用對(duì)象和應(yīng)用范圍。通過(guò)邊緣檢測(cè)、極線幾何和立體圖像邊緣的相關(guān)性確定圖像的匹配約束和搜索范圍，結(jié)合不同的匹配窗口和對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行由粗到精的漸次匹配、并利用全局松弛和濾波得到高密度高質(zhì)量的視差圖。實(shí)驗(yàn)證明該方法提高了匹配效率，一定程度上克服了表面反射和單一紋理的困擾，提高了測(cè)量

4、數(shù)據(jù)的質(zhì)量，所得結(jié)果可用于機(jī)械零件的三維重建。 3、提出了針對(duì)攝影測(cè)量所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波和精簡(jiǎn)的新方法。攝影測(cè)量所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)中噪聲較多，脈沖噪聲和隨機(jī)噪聲同時(shí)存在，孤點(diǎn)與成段的數(shù)據(jù)段難以區(qū)別特征點(diǎn)與噪聲，普通方法不能很好地區(qū)分。針對(duì)該問(wèn)題提出了一種基于形態(tài)學(xué)的濾波算法。實(shí)驗(yàn)證明該方法運(yùn)算速度快，不僅能濾除孤點(diǎn)、成段的噪點(diǎn)，還能對(duì)某些遮擋或陡峭區(qū)域進(jìn)行一定程度的修補(bǔ)。攝影測(cè)量所得數(shù)據(jù)量較大，一次拍攝所得的原始數(shù)據(jù)通常有幾兆到幾十兆

5、字節(jié)，這種情況無(wú)論是對(duì)于數(shù)據(jù)量的傳輸還是后期的表面重構(gòu)都帶來(lái)很大的困難。為了降低數(shù)據(jù)的冗余度，本文采取圖像處理的手段對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，使用閾值分割的方法自動(dòng)確定精簡(jiǎn)比，實(shí)驗(yàn)證明精簡(jiǎn)后的數(shù)據(jù)保持了原有特征，可用于深度信息的保存及后續(xù)步驟的進(jìn)行。 4、改進(jìn)了基于二維圖像的三維重構(gòu)過(guò)程，提出了一種三維圖像格式，利用普通二維圖像結(jié)合攝影測(cè)量所得數(shù)據(jù)生成三維圖像，既擁有二維圖像供查看和傳播的便利性，又擁有三維深度信息的完整性，可供三維重構(gòu)使用或

6、用于二次開發(fā)，為三維圖像提供了一種新思路，拓寬了視覺測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。 5、開發(fā)了一套新的便攜型視覺測(cè)量及建模系統(tǒng)，在幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上提出了解決方案，基本實(shí)現(xiàn)了小型物體三維形貌的獲取功能。以機(jī)械零件為例對(duì)系統(tǒng)及各種算法進(jìn)行研究，證明了設(shè)備、算法和系統(tǒng)用于測(cè)量和建模的可行性。 該系統(tǒng)低廉的價(jià)格、靈活的開發(fā)方式使其具有較大的使用群體和更廣闊的應(yīng)用范圍?？捎糜趫?chǎng)景、中小型物體特別是機(jī)械零件的三維測(cè)量和建模，在逆向工程設(shè)計(jì)、多媒