大尺寸工業(yè)視覺測量系統(tǒng)

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1、第１８卷第１期光學精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．１２０１０年１月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪａｎ．２０１０文章編號１００４９２４Ｘ（２０１０）０１０１２６０９大尺寸工業(yè)視覺測量系統(tǒng)劉建偉１，梁晉１，梁新合１，曹巨明２，張德海１（１．西安交通大學機械工程學院，陜西西安７１００４９；２．西安交通大學電子與信息工程學院，陜西西安７１００４９）摘要：針對工業(yè)制造領域中大型工件很難進行全尺寸測量的問題，提出并實現(xiàn)了一種基于立體視覺技術的便攜式工業(yè)測量系統(tǒng)。對該系統(tǒng)所采用的特征識別、相機定向、立體匹

2、配、三維重建、多視點云配準等關鍵算法進行了研究。提出了改進的ＣＡＮＮＹ邊緣亞像素檢測算法，使用先驗規(guī)則去除誤識別的標志點，多次擬合定位標志點中心，對標志點環(huán)帶多次采樣取中值求取編碼點的ＩＤ。根據(jù)ＩＤ號找出不同照片中的同名編碼點，順次對照片進行相對定向和絕對定向。然后，根據(jù)多幅圖像的多極線幾何約束，實現(xiàn)非編碼點的匹配，消除誤匹配。采用前方交會法重建標志點的三維坐標，利用光束平差對計算出的結果和內(nèi)外部參數(shù)做迭代修正。最后，設計了雙目結構光掃描系統(tǒng)，提出了一種改進的雙目像機標定算法，描述了利用全局和局部標志點的子圖同構實現(xiàn)多視

3、點云配準的新算法。實驗結果表明，該系統(tǒng)可在生產(chǎn)現(xiàn)場對大型工件進行快速測量，整體測量精度達到０．１１２ｍｍ／３ｍ，可以滿足工業(yè)現(xiàn)場大尺寸測量對精度和效率的要求。關鍵詞：立體視覺；標志點識別；立體匹配；三維重建；點云配準中圖分類號：ＴＰ２４２．６文獻標識碼：Ａ犐狀犱狌狊狋狉犻犪犾狏犻狊犻狅狀犿犲犪狊狌狉犻狀犵狊狔狊狋犲犿犳狅狉犾犪狉犵犲犱犻犿犲狀狊犻狅狀狑狅狉犽狆犻犲犮犲狊１，ＬＩＡＮＧＪｉｎ１，ＬＩＡＮＧＸｉｎｈｅ１，ＣＡＯＪｕｍｉｎｇ２，ＺＨＡＮＧＤｅｈａｉ１ＬＩＵＪｉａｎｗｅｉ（１．犛犮犺狅狅犾狅犳犕犲犮犺犪

4、狀犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犡犻’犪狀犑犻犪狅狋狅狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犡犻’犪狀７１００４９，犆犺犻狀犪；２．犛犮犺狅狅犾狅犳犈犾犲犮狋狉狅狀犻犮犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犡犻’犪狀犑犻犪狅狋狅狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犡犻’犪狀７１００４９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒａｐｉｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｌａｒｇｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｉｅｌｄｓ，ａｎｅｗｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏ

5、ｎａｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｋｅｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈａｓｆｅａｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｃａｍｅｒａｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｓｔｅｒｅｏｍａｔｃｈｉｎｇ，ｏｂｊｅｃｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｕｌｔｉｖｉｅｗｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄ‘ＣＡＮＮＹ’ｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓ

6、ｅｎｔｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｕｂｐｉｘｅｌｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｔｉａｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｍｉｓｓｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔｓ．Ｂｙｆｉｔｔｉｎｇｐｏｉｎｔｃｅｎｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｉｎｇｏｆｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔｓｗａｓｓａｍｐｌｅｄｉｎｍｕｌｔｉｔｉｍｅｔｏｏｂｔａｉｎａｍｅｄｉａｎａｎｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｔｓＩＤ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｈｏｍｏｎｙｍｏｕｓｃｏｄｅｄｐｏｉｎ

7、ｔｓｉｎｅａｃｈｐｈｏｔｏｐａｉｒｗｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｕｎｉｑｕｅＩＤｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄａｂｓｏｌｕｔｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｍｕｌｔｉｉｍａｇｅｅｐｉｐｏｌａｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｕｎｃｏｄｅｄｐｏｉｎｔｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｔｏｒｅｍｏｖｅｔｈｅｍｉｓｍａｔｃｈｉｎｇ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ３Ｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ

8、ｓｏｆａｌｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｓｐａｔｉａｌｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｅｘｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｍａｇｅａｎｄｏｂｊｅｃｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓａｒｅｃｏｒ收稿日期：２００９０１２０；修訂日期：２００９０３１９