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《哈尔滨工业大学》 2010年
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基于视觉的运动目标位姿实时测量系统研究

赖鹏  
【摘要】: 随着计算机视觉理论和视觉传感器的发展,立体视觉测量技术在机械制造、航空航天、机器人导航等领域得到了广泛应用。本文设计了基于视觉的运动目标位姿实时测量系统方案,研究了测量系统中图像特征的提取方法、双目立体匹配方法和序列图像的特征跟踪方法。 首先,研究基于双目立体视觉的运动目标位姿实时测量系统,针对测量系统对相机同步拍摄和位姿实时解算的性能要求,分别设计了多相机同步触发方案和位姿实时解算方案。并在系统测量结构的基础上,采用三角测量原理实现对目标特征的空间定位,进而给出了基于向量的运动目标位姿参数解算方法。 其次,对测量系统中图像特征的高精度提取方法进行研究。由于视觉测量系统的测量精度直接依赖于标定环节摄像机的标定精度,针对测量系统中使用的棋盘格标定模板,研究和分析了模板图像中棋盘格角点的亚像素提取方法,并给出了实验结果和分析。同时,针对测量系统中使用的点光源配合目标和几何形状配合目标,分别对两种配合目标的图像特征提取进行研究。对于点光源配合目标形成的光斑图像,利用灰度重心法对光斑中心进行提取;本文还在角点特征粗定位的基础上,结合灰度重心法和角点函数响应值,实现了对角点特征的精确定位。 然后,对运动目标位姿实时测量系统中的立体匹配方法和特征跟踪方法进行研究。立体匹配是在不同视点拍摄的两幅图像中建立起特征点间的一一对应关系,它是双目立体视觉测量系统中实现特征点三维重构的关键。本文在极线约束的基础上,给出了左右相机图像中匹配点集的快速建立方法,并结合唯一性和顺序一致性约束,剔除歧义匹配,实现了左右图像中的特征点对的有效匹配;由于目标在背景中运动,不同时刻摄像机拍摄的图像中目标特征的图像坐标是变化的,因此从序列图像中找出同一特征在不同时刻所拍摄图像中的对应关系是实现运动目标位姿测量的关键步骤之一。本文利用图像中特征点的图像坐标和特征点运动轨迹信息,实现了对图像中目标特征的有效跟踪。同时,考虑特征丢失的情况,给出了短时间特征丢失情况下的预测方法。 最后,在运动目标位姿实时测量系统总体方案的基础上,搭建了运动目标位姿实时测量系统的软件平台,开发了图像采集存储软件和位姿实时解算软件,图像采集存储软件对图像采集存储系统进行操作并实时提取图像中的目标特征信息,位姿实时解算软件接收图像中目标特征的图像坐标,通过对图像特征进行匹配和跟踪后,计算出目标的运动位姿参数。针对运动目标位姿参数测量结果需要进行坐标系转换的问题,给出了一种估计坐标系间转换关系的简易方法。在整个测量系统搭建和调试成功后,进行了实际的运动目标位姿实时测量实验,并对实验数据进行了详细的分析。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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