基于视觉的三维坐标测量技术研究

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近年来,大尺寸测量技术的有了很大的发展,视觉测量技术是其中的热点。视觉测量技术由于其高精度、非接触等特点在工业现场检测中得到快速的普及与发展。FAST是“500米口径球面射电望远镜”的英文简写,它是我国正在进行中的一项重大科学工程项目,建成后将成为世界上最大的射电天文望远镜。针对FAST项目密云50m缩比模型中的3m面板的面型的检测要求,通过比较各种大尺寸检测技术的优缺点,决定采用机器视觉检测的方法。   本文的研究采用精度较高的传统标定方法。由于传统3D标定靶制作成本高,而且加工精度受到限制,所以现在实验中人们倾向于用精度较高且制作成本低的二维标定靶来模拟三维标定靶。文中给出了一种利用2D标定靶通过沿直线移动来模拟3D标定靶的方法。通过对标定靶移动位置的直线度分析,以及三维重构的精度分析得知,该模拟方法精度很高,完全满足实验要求。   本文对摄像机模型进行了详细的分析,通过数据仿真模拟分析了线性与非线性模型下,多种相机模型的精度。最终采用精度较高的多项式拟合的非线性模型作为实验模型。   在双目视觉系统中,对两种不同重构方法进行了数据模拟,选取了精度较高的一种重构方法。在物面坐标存在误差、像面坐标存在误差、物面坐标和像面坐标都存在误差这三种仿真数据模拟情况下,分析了重构的精度,仿真结果与不存在误差的情况下相比较误差不大,在可允许精度范围内。   通过现场搭建的双目视觉系统,对FAST项目密云50m缩比模型中3m面板的面型进行初步的现场检测。采用全站仪测出的基准点坐标对相机进行标定,再由双目视觉系统采集面板上的标志点坐标,进而对这些标志点进行三维重构。重构点坐标值与全站仪给出的标准坐标值相比较,精度达到要求并在2009年7月通过了FAST项目组专家的验收。
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