激光測(cè)量技術(shù).第五章激光視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù).ppt

《激光測(cè)量技術(shù).第五章激光視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù).ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、第五章激光視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)黨學(xué)明合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院引言眼睛是信息的重要途徑:獲取信息90%以上獲取信息主要有:顏色大小遠(yuǎn)近明暗程度幾何光學(xué)中的測(cè)量幾何光學(xué)的透鏡成像系統(tǒng)引言隨計(jì)算機(jī)技術(shù)與CCD技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn):計(jì)算機(jī)視覺(jué)(ComputerVision)又稱機(jī)器視覺(jué)(MachineVision)應(yīng)用:航空航大、生物醫(yī)療、物體識(shí)別、工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)視覺(jué)檢測(cè)(VisionInspection)技術(shù):在計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,利用光學(xué)成像特性,應(yīng)用測(cè)量領(lǐng)域.特點(diǎn):非接觸、速度快、精度適中、可實(shí)

2、現(xiàn)在線,全場(chǎng)應(yīng)用:工業(yè)產(chǎn)品的在線檢測(cè)。引言視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)分類:按照明方式和幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系的不同可以劃分:主動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)(ActiveVision)結(jié)構(gòu)光,結(jié)構(gòu)光在物體上的準(zhǔn)確定位獲取信息被動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)(passiveVision)非結(jié)構(gòu)光,不同像面上的相關(guān)匹配關(guān)系激光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù):利用激光做光源來(lái)獲取結(jié)構(gòu)光的主動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)第一節(jié)激光三角法測(cè)量原理激光三角法是激光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)其原理:數(shù)學(xué)基礎(chǔ):空間某一平面上的兩條直線的方程已知,非平行時(shí),交點(diǎn)可以求出.第一節(jié)激光三角法測(cè)量原理激光三角法的結(jié)構(gòu):1.直射式2.斜

3、射式1.直射式θ2.斜射式根據(jù)幾何光學(xué)成像特點(diǎn):直射式與斜射式比較項(xiàng)目直射式斜射式測(cè)量公式接收的光散射光反射光或者散射光,信號(hào)好測(cè)量位置同一點(diǎn)不同點(diǎn)(可能有誤差)分辨率低較高精度/測(cè)量范圍/體積低大小高小大第一節(jié)激光三角法測(cè)量原理根據(jù)三角法測(cè)量原理制成的儀器被稱為激光三角位移傳感器.其結(jié)構(gòu)組成:一般采用半導(dǎo)體激光器(LD)作光源，功率在5mw左右光電位置探測(cè)器對(duì)采用PSD或CCD,PSD為非分割型位置探測(cè)器，分辨力高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，后續(xù)處理電路簡(jiǎn)單，但線性差，需要精確標(biāo)定傳感器的形狀及主要特性激光三角位移

4、傳感器應(yīng)用應(yīng)用于:厚度,變形,形貌,位移等,缺點(diǎn):點(diǎn)掃描,速度慢第二節(jié)激光視覺(jué)測(cè)量的基本原理激光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù):利用激光做光源來(lái)獲取結(jié)構(gòu)光的主動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)激光視覺(jué)傳感器:由結(jié)構(gòu)光和CCD攝像機(jī)組成的測(cè)量裝置.結(jié)構(gòu)光的類型:結(jié)構(gòu)光點(diǎn)線多線傳感器點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器線結(jié)構(gòu)光傳感器多線結(jié)構(gòu)光傳感器產(chǎn)生第二節(jié)激光視覺(jué)測(cè)量的基本原理激光視覺(jué)傳感器的主要結(jié)構(gòu):點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器線結(jié)構(gòu)光傳感器多線結(jié)構(gòu)光傳感器工作原理成像特點(diǎn)：像的大小，由透鏡的焦距，物體的遠(yuǎn)近決定像的方向，與物體的方向相反。1.若已知像的大小，和透鏡到成像面的距離

5、，則物體的最高點(diǎn)的位置為某一條直線上（過(guò)光學(xué)中心）若采用主動(dòng)視覺(jué)技術(shù)，照射光源的方向（線，面，多面的方程）已知），可連立方程，求出實(shí)際的物體的位置大小視覺(jué)傳感器的核心：其數(shù)學(xué)模型即：CCD像面坐標(biāo)與測(cè)量參考坐標(biāo)之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型的建立分類：1)完全利用投影變換理論，通過(guò)無(wú)任何物理意義的中間參數(shù)，將圖像坐標(biāo)系與測(cè)量參考坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)。2)通過(guò)具有明確物理意義的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，如光學(xué)中心、焦距、位置以及方向等，建立圖像坐標(biāo)系與測(cè)量參考坐標(biāo)系的關(guān)系：這類方法的模型參數(shù)一般分為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)兩部分

6、，攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)指攝像機(jī)內(nèi)部的幾何和光學(xué)特性，傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)指圖像坐標(biāo)系相對(duì)于測(cè)量參考坐標(biāo)系的位置參數(shù)一、攝像機(jī)理想透視變換模型三維測(cè)量:三維空間坐標(biāo)←→二維圖像坐標(biāo)P=g(H)P為空間坐標(biāo)H為圖像坐標(biāo)g為變換矩陣變換過(guò)程:物空間坐標(biāo)→攝像機(jī)坐標(biāo)攝像機(jī)坐標(biāo)→CCD像面坐標(biāo)CCD像面坐標(biāo)→計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(像素點(diǎn)位置)①物空間坐標(biāo)→攝像機(jī)坐標(biāo)②攝像機(jī)坐標(biāo)→CCD像面坐標(biāo)fxzyoxuZuYuS’③CCD像面坐標(biāo)→計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(像素點(diǎn)位置)圖像坐標(biāo)與CCD坐標(biāo)關(guān)系像素點(diǎn)距：dx,dy采集時(shí),x向?yàn)楦咚俨杉?

7、y向慢速采集,x方向一般采用間隔采集CCD上坐標(biāo)可表示為:攝像機(jī)理想透視變換模型λ≠0為比例因子,與ρ相通,與物坐標(biāo)Zc有關(guān)二、實(shí)際攝像機(jī)模型1、鏡頭的存在的畸變攝像機(jī)鏡頭是非理想光學(xué)系統(tǒng)，存在加工誤差和裝配誤差，物點(diǎn)在攝像機(jī)像面上實(shí)際所成的像與理想成像之間存在光學(xué)畸變誤差主要的畸變類型有三種：徑向畸變、偏心畸變薄棱鏡畸變徑向畸變：僅使像點(diǎn)產(chǎn)生徑向位置偏差偏心畸變和薄棱鏡畸變：使像點(diǎn)既產(chǎn)生徑向位置偏差，又產(chǎn)生切向位置偏差⑴徑向畸變（Radialdistortion）徑向畸變主要是由鏡頭形狀缺陷造成的，它

8、是關(guān)于攝像機(jī)鏡頭主光軸對(duì)稱的。分類:正向畸變又稱枕形畸變負(fù)向畸變又稱捅形畸變(2)偏心畸變(DecenteringDistortion)起因:它主要是由于光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)中心與幾何中心不一致造成的，即鏡頭各器件的光學(xué)中心不能嚴(yán)格共線.這類畸變既含有徑向畸變．又含有攝像機(jī)鏡頭的主光軸不對(duì)稱的切向畸變.其數(shù)學(xué)模型為:式中，a0為最大切向畸變與x軸正向夾角(2)偏心畸變(DecenteringDistortion)將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)P1P2為切