雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)誤差分析與校準(zhǔn)方法研究.pdf

1、在航空航天、軍工等領(lǐng)域大型裝備裝配或結(jié)構(gòu)件加工現(xiàn)場(chǎng)的三維尺寸測(cè)量中,雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)已成為便捷有效的測(cè)量手段之一;但當(dāng)前視覺測(cè)量的主要問題在于:其測(cè)量精度有限且提高困難,這已成為制約視覺測(cè)量技術(shù)發(fā)展的最主要瓶頸之一;且影響雙目視覺測(cè)量精度的誤差因素多、視覺測(cè)量模型非線性,導(dǎo)致常規(guī)誤差分析方法復(fù)雜、視覺系統(tǒng)誤差分析的難度很大。針對(duì)這些問題,本課題以雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象,探討一種可行的誤差分析方法,分析各項(xiàng)誤差因素對(duì)測(cè)量精度的影響、以

2、及校準(zhǔn)過程中各項(xiàng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性;在此基礎(chǔ)上,研究一種有效的參數(shù)校準(zhǔn)方法,來抑制或削弱誤差因素的干擾,提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。
　　針對(duì)雙目視覺系統(tǒng)中誤差因素多且誤差分析模型復(fù)雜的問題,提出了一種基于灰色理論的雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)誤差分析方法。從雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、布局方式、測(cè)量環(huán)境等多個(gè)方面,全面系統(tǒng)地對(duì)雙目視覺系統(tǒng)中的各項(xiàng)誤差因素進(jìn)行了總結(jié)、歸納與分類;在此基礎(chǔ)上,探討了視覺測(cè)量系統(tǒng)的灰色屬性;利用灰色關(guān)聯(lián)分析技術(shù),分析了鏡頭

3、畸變、參數(shù)校準(zhǔn)和攝像機(jī)布局等主要誤差因素與視覺測(cè)量精度之間的關(guān)聯(lián)性,并結(jié)合均勻設(shè)計(jì)方法,在不同參數(shù)樣本下,驗(yàn)證了灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于視覺系統(tǒng)誤差分析領(lǐng)域的正確性;通過灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算,明確了各項(xiàng)攝像機(jī)布局因素和視覺系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度,并證明了參數(shù)優(yōu)化過程中畸變對(duì)其余參數(shù)的嚴(yán)重制約、及對(duì)畸變進(jìn)行獨(dú)立校正的必要性;基于灰色決策技術(shù)與定量的灰色評(píng)價(jià)指標(biāo),比較了不同攝像機(jī)布局方式與基于不同模型的參數(shù)校準(zhǔn)方法,對(duì)視覺測(cè)量精度的損益情況。實(shí)驗(yàn)

4、表明,運(yùn)用該分析方法衡量出的、具有高評(píng)價(jià)指標(biāo)的攝像機(jī)布局方式和參數(shù)校準(zhǔn)方法,可有效抑制各項(xiàng)誤差因素對(duì)最終視覺測(cè)量精度的影響,亦證明了獨(dú)立的畸變校正有助于提高視覺系統(tǒng)的參數(shù)校準(zhǔn)精度。
　　針對(duì)鏡頭畸變嚴(yán)重影響其它參數(shù)校準(zhǔn)精度的問題,提出了一種基于虛擬模板的逐點(diǎn)畸變校正方法。該方法將與雙目視覺系統(tǒng)測(cè)量精度聯(lián)系密切的畸變校正和參數(shù)校準(zhǔn)兩個(gè)過程分離;先獨(dú)立校正畸變,再以無畸變圖像為基礎(chǔ),校準(zhǔn)攝像機(jī)內(nèi)、外參數(shù)。該方法無需高加工精度的立體畸變

5、校正模板,無需精確測(cè)量攝像機(jī)與校正模板之間的距離,無需通過視覺成像模型同時(shí)求解攝像機(jī)的內(nèi)、外參數(shù)值;最終形成的畸變修正數(shù)據(jù)表,對(duì)于任意一幅校準(zhǔn)或測(cè)量圖像均可實(shí)現(xiàn)畸變校正,而無需在每一次的參數(shù)校準(zhǔn)或視覺測(cè)量過程中均對(duì)畸變進(jìn)行解算。經(jīng)畸變校正后的視覺系統(tǒng),其被測(cè)點(diǎn)的反投位置誤差的最大值僅0.068mm,提高了視覺系統(tǒng)的參數(shù)校準(zhǔn)與測(cè)量的精度。
　　雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)的總體測(cè)試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了灰色關(guān)聯(lián)分析與決策技術(shù)應(yīng)用于視覺系統(tǒng)誤差分析領(lǐng)域的正