基于立體視覺的三維運動測量若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療以及航空航天等領(lǐng)域的運動檢測設(shè)備需要更高的檢測精度和更靈活的檢測方式。為了滿足這些要求，過去的幾年中，三維運動檢測技術(shù)和設(shè)備得到了長足發(fā)展，它們被廣泛地應用在機械制造、航空航天、電子工業(yè)、醫(yī)療康復、交通監(jiān)管、體育運動分析、虛擬現(xiàn)實以及其它三維運動檢測任務中。而基于視覺的三維運動測量技術(shù)作為一種全新的運動測量形式，將運動測量從傳統(tǒng)的接觸式測量的約束中解放出來，開拓了解決運動測量領(lǐng)域中諸多

2、問題的新思路。
　　課題“基于立體視覺的三維運動測量若干關(guān)鍵技術(shù)研究”是在現(xiàn)有三維視覺測量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，研究一種基于離散特征標記桿的立體視覺三維剛體運動及自旋轉(zhuǎn)中心測量方法。對于這樣一套系統(tǒng)，重點解決基于立體視覺的三維剛體運動目標運動建模與運動參數(shù)計算、運動序列圖像中的特征目標邊緣檢測與提取、立體序列圖像間對應特征匹配以及圓形特征目標圓心提取等關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　論文根據(jù)立體視覺三維運動測量系統(tǒng)的測量過程和檢測特點，提出

3、了利用優(yōu)化設(shè)計的特征標記桿作為特征，每根桿由5個具有強反光特性的特征球構(gòu)成，這極大地改善了特征成像質(zhì)量，提高了特征抗噪聲與背景干擾能力，簡化了對應特征識別和特征匹配的算法，確保了特征檢測、特征提取和特征匹配的精度。
　　對于立體視覺運動測量系統(tǒng)來說，正確的建立運動目標的三維運動模型是最為關(guān)鍵的一步。本文中根據(jù)剛體運動目標運動具有空間上的連續(xù)性和時間上的光滑性這一特點，提出合理的剛體目標運動假設(shè)，設(shè)計了一種基于運動目標自旋轉(zhuǎn)中心的剛

4、體目標三維運動模型和對應運動參數(shù)求解方程。在未知運動目標運動規(guī)律與外形結(jié)構(gòu)、尺寸情況下，該算法能實現(xiàn)對三維剛體運動目標自旋轉(zhuǎn)中心及相關(guān)運動參數(shù)的精確測量。在運動參數(shù)計算過程中分別利用最小二乘算法和LMedS算法處理特征點數(shù)據(jù)，從而降低了噪聲干擾對運動檢測結(jié)果的影響，正確地完成了運動檢測任務。論文通過仿真的和真實的試驗給出了立體視覺運動測量系統(tǒng)的測量不確定度。
　　針對特征目標的序列運動圖像與靜態(tài)圖像的成像差別，提出了照明獨立的改進

5、小波尺度相乘邊緣檢測算法和模糊增強算法，它能從照明不均勻的運動序列圖像中精確地定位特征目標的邊緣。利用該算法對合成的和真實的非均勻弱照明圖像進行了邊緣檢測試驗，對試驗結(jié)果進行了分析并與其它邊緣檢測算法進行了比較，實驗結(jié)果證明該邊緣檢測算法是正確的。
　　根據(jù)運動測量和透視成像系統(tǒng)的特點，論文提出了基于五點交比不變性原理的特征匹配算法及對應的特征標記桿結(jié)構(gòu)設(shè)計。該匹配方法利用在不同位置和姿態(tài)的相機對空間位于同一直線上的五點透視成像具