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《华中科技大学》 2004年
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三维激光扫描系统的标定自动化技术及精度研究

谢勇辉  
【摘要】:三维视觉测量是一项新兴的非常有前景的技术,在逆向工程和产品快速检测等领域中有着广泛的应用。基于计算机视觉双目测量原理,本文主要研究了计算机视觉三维测量中的视觉模型及标定方法、摄像机标定过程自动化、测量精度影响因素等若干关键问题,完成了系统的软件REPRO2004的设计与开发,成功实现了三维激光扫描系统HRE的商品化。 在三维视觉测量中,标定方法对测量结果的影响是决定性的,本文通过分析、比较各种视觉模型及标定方法,采用考虑镜头畸变因素的三维视觉模型以满足高精度测量系统的需求,并采用两步法实现摄像机参数标定过程。 标定过程的复杂性制约着计算机视觉技术的应用,三维激光扫描系统也不例外。本文突破传统的标定过程处理方法,独创性的提出一种摄像机标定自动化技术,从而使复杂的标定过程完全由计算机自动完成。实验结果表明,该标定处理方法鲁棒性强,操作简便,抗噪声、抗环境光性能好,标定精度高而且稳定。而且,该标定自动化技术可以作为一种普遍适用的标定处理方法,推广到其它的视觉应用领域。 本文对三维激光扫描系统的测量精度问题进行了深入的研究,总结了影响系统测量精度的各种因素;对图像中心偏移、镜头畸变以及摄像机的景深等关键问题进行了理论分析和数学推导,为提高系统的测量精度提供了理论依据。 软件是三维激光扫描系统的灵魂。作者成功设计并开发了可靠性较好、自动化程度较高的商用系统软件REPRO2004。根据三维激光扫描项目的特殊性和开发小组的实际情况,本文因势制宜的提出了改进的瀑布模型。该模型不但避免纯瀑布模型的不灵活性以及由于需求分析不明确带来的潜在风险,而且引入并行开发机制,使系统的开发时间大大缩短。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN249

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王建文;杜春梅;;三维激光扫描系统的关键性技术研究[J];计算机工程与设计;2010年05期
2 朱文龙;姚宾;;三维激光扫描仪在空区测量中的应用与研究[J];科技创新导报;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 吴庆阳;线结构光三维传感中关键技术研究[D];四川大学;2006年
2 唐新星;具有立体视觉的工程机器人自主作业控制技术研究[D];吉林大学;2007年
3 李中伟;基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D];华中科技大学;2009年
4 秦大辉;便携式光笔三维坐标测量技术与系统研究[D];华中科技大学;2009年
5 黄奎;多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
6 乔培玉;基于三维形貌的弹痕比对系统的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
7 钟凯;基于多视相移框架的动态物体三维面形测量技术与系统研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭贲;基于车载激光扫描数据的城市典型地物分类方法研究[D];首都师范大学;2011年
2 戴磊;基于视觉反馈的移动机器人控制[D];上海交通大学;2011年
3 王婷婷;基于三维激光扫描技术的地表变形监测[D];山东科技大学;2011年
4 王全义;基于机器视觉的金属板材数控渐进成形加工轨迹坐标对位研究[D];华中科技大学;2005年
5 肖胜兵;结构光面扫描误差分析系统的设计[D];辽宁工程技术大学;2006年
6 李德维;非接触式轮对几何参数测量精度研究[D];西南交通大学;2006年
7 冯其强;数字工业摄影测量中的标志点匹配和自检校光束法平差快速解算[D];解放军信息工程大学;2007年
8 吴铁东;异形件逆向工程实现技术研究[D];长春理工大学;2008年
9 沈鑫;基于视觉检测技术的锚链测量研究[D];上海交通大学;2008年
10 张智伶;基于结构光的三维形貌测量方法研究[D];天津理工大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 刘涛;王宗义;于秀辉;金鸿章;;基于自适应窗曲线拟合的结构光条纹中心提取[J];半导体光电;2010年01期
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10 余永生;毕卫涛;;远景摄影测量的一种标定方法及其应用[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苗量;陈文琳;晏民;彭凤春;;逆向工程关键技术研究及对点云CAD建模的探讨[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
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3 闫龙;;摄影测量点云数据精简研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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6 吴能伟;;3D靶标的摄像机标定方法[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
7 张新洁;谢哲东;;用于精密位移测量的视频引伸计系统的研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
8 许维星;乔卫东;杨建峰;马丽华;葛伟;;小视场镜头畸变测量研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
9 朱奎义;;车载式钢轨断面动态测量装置[A];发展重载运输技术适应经济社会建设——铁路重载运输货车暨工务学术研讨会论文集(工务部分)[C];2011年
10 何平安;郭定一;张明建;万来毅;龚辉;林介帮;;基于图像处理的钢坯侧面形状检测系统[A];2009年全国测绘仪器综合学术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 严斌;上颌尖牙埋伏的生物力学分型与个体化诊疗[D];南京医科大学;2010年
2 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
4 孙贤斌;三维信息获取技术中定标与图形包含问题的研究[D];华中科技大学;2010年
5 李鹤喜;基于视觉反馈的焊接机器人自主示教关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
6 孟凡文;面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究[D];南昌大学;2010年
7 王富治;视觉检测的几个关键问题研究[D];电子科技大学;2011年
8 曹建伟;直拉式单晶硅生长炉的关键技术研究[D];浙江大学;2010年
9 赖小波;机器人双目立体视觉若干关键理论问题及其技术实现研究[D];浙江大学;2010年
10 卢科青;逆向工程中多传感器集成的自由曲面数字化测量及其数据预处理方法研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马彦平;基于数字图像的冬小麦、夏玉米长势远程动态监测技术研究[D];华中农业大学;2010年
2 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
3 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
4 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
6 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
7 李平;基于逆向工程的液压元件设计、检测方法的应用研究[D];山东科技大学;2010年
8 张杨;基于双目立体视觉的CCD测距系统设计[D];长春理工大学;2010年
9 韩亚丽;图像精密测量算法研究[D];郑州大学;2010年
10 牛文娟;基于图像处理的烟叶分级研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王幼民;机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年02期
2 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期
3 杨少波,谢铁邦;枪弹痕迹采集与比对系统[J];安全与环境学报;2004年S1期
4 林杰;付梦印;李道平;;自适应小波阈值去噪算法及在图像处理中的应用[J];兵工学报;2011年07期
5 刘盈;;浅谈地面三维激光扫描技术在市政工程测量中的应用[J];北京测绘;2008年01期
6 冯仲科;现代林业测绘技术系统研究[J];北京测绘;1999年02期
7 石照耀;张斌;林家春;张华;;坐标测量技术半世纪——演变与趋势[J];北京工业大学学报;2011年05期
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9 李旭东,宗光华,毕树生,赵玮;生物工程微操作机器人视觉系统的研究[J];北京航空航天大学学报;2002年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沐光雨;基于时间飞行深度传感器对三维物体的建模应用研究[D];吉林大学;2011年
2 肖振中;基于工业摄影和机器视觉的三维形貌与变形测量关键技术研究[D];西安交通大学;2010年
3 周维虎;大尺寸空间坐标测量系统精度理论若干问题的研究[D];合肥工业大学;2000年
4 徐利华;多传感器光学三维脚型测量系统的研究[D];四川大学;2002年
5 谢存;计算机视觉中若干问题实现技术和算法的研究[D];大连理工大学;2002年
6 吕震;反求工程CAD建模中的特征技术研究[D];浙江大学;2002年
7 牛小兵;光栅投射三维轮廓测量技术的研究[D];天津大学;2003年
8 邵双运;调制度测量轮廓术应用研究[D];四川大学;2004年
9 林慎旺;三坐标测量机精度检测评定及虚拟坐标系统研究[D];合肥工业大学;2004年
10 吴险峰;三维激光彩色扫描仪关键技术研究[D];华中科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 季劲松;逆向工程中三坐标测量数据处理的研究及系统开发[D];浙江大学;2002年
2 李永青;基于散乱点的B样条曲面重构理论和技术研究[D];浙江大学;2002年
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4 惠增宏;激光三维扫描、重建技术及其在工程中的应用[D];西北工业大学;2002年
5 周聪玲;基于快速标定方法的三维物体表面轮廓测量系统的研究[D];天津科技大学;2002年
6 万艳江;基于BP神经网络实现曲面数据修补的方法研究[D];西安理工大学;2003年
7 姜安;FTP三维物体表面轮廓工程测量方法的研究[D];天津科技大学;2003年
8 周利兵;PMP中相移算法与误差分析研究[D];四川大学;2003年
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10 高宏;非正交系坐标测量系统的原理、检定及应用研究[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 龚向东;刘春平;黄虹宾;曾振兴;;一种基于Nios Ⅱ软核的嵌入式图像采集处理系统设计[J];电子测量技术;2010年02期
2 陈玲;邓文怡;娄小平;;基于多频外差原理的相位解包裹方法[J];光学技术;2012年01期
3 马超;李中伟;王从军;钟凯;史玉升;;微型牙齿三维测量技术与系统[J];装备制造技术;2012年02期
4 张小虎;欧建良;苑云;马钦华;朱肇昆;于起峰;;投影轮廓线辅助下的堆场三维形貌摄影测量研究[J];光学学报;2011年06期
5 秦大辉;毛婷;刘建军;;基于相移原理的便携式岩石三维形貌测量系统[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2012年04期
6 王军;;基于地面三维激光扫描技术的油气地面工程改扩建测量[J];甘肃科技;2012年22期
7 陈铮;黄桂平;冯欣;范亚兵;;三相机结构光摄影测量中人工标志同名像点自动匹配方法[J];测绘工程;2013年01期
8 李建阳;周芬琴;;民族文化遗产数字化保护技术概述[J];电脑知识与技术;2013年15期
9 周灿林;刘同川;司书春;徐建强;黄祥岭;雷振坤;;改进的阶梯相位去包裹算法研究[J];光电子.激光;2013年12期
10 杨忠高;贤海华;程意丽;;双目立体视觉运动平台控制系统的仿真分析[J];机电信息;2011年15期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 冯其强;李广云;李宗春;;工业数字摄影测量系统及应用[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
2 钱征宇;杨慧敏;;三维激光扫描仪计量性能研究[A];江苏省计量测试学术论文集(2010)[C];2010年
3 贾建长;李棨;沈忆文;薛爱民;赵子琴;;结构光三维扫描重建在人体测量中的应用[A];中国法医学理论与实践创新成果精选——全国第九次法医学术交流会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴德烽;计算智能在三维表面扫描机器人系统中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
2 冯其强;数字工业摄影测量技术研究与实践[D];解放军信息工程大学;2010年
3 郭秀丽;采伐联合机机械手运动分析与控制系统研究[D];东北林业大学;2011年
4 韦虎;三维外形测量系统中的数据处理关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 吴翔;面向再制造的机器人三维视觉检测系统研究[D];大连海事大学;2011年
6 张志峰;轮对几何参数在线动态测量方法与系统的研究[D];北京交通大学;2008年
7 姜淑华;基于机器视觉的二维(三维)非接触测试技术[D];长春理工大学;2009年
8 黄奎;多关节式坐标测量系统的关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
9 乔培玉;基于三维形貌的弹痕比对系统的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
10 郑加柱;面向森林作业系统的测绘新技术应用研究[D];南京林业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 傅晓;格雷码结合灰度梯形相移编码三维测量方法与系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 李潘;基于激光视觉的微观形貌检测技术的研究[D];武汉科技大学;2010年
3 于英;双目立体工业摄影测量关键技术研究与应用[D];解放军信息工程大学;2010年
4 陈新;非量测型彩色数码相机测量精度研究[D];解放军信息工程大学;2010年
5 仪秋芳;基于图像的天线网面测量与分析[D];西安电子科技大学;2011年
6 马少平;条纹投影三维测量系统的标定及其改进算法[D];西安工业大学;2011年
7 谭贲;基于车载激光扫描数据的城市典型地物分类方法研究[D];首都师范大学;2011年
8 陈芳;移动测量系统在城镇大比例尺地图快速测量和更新中的应用[D];河南理工大学;2011年
9 陈新禹;数字化牙模激光扫描系统研究[D];大连海事大学;2011年
10 蒋晓玲;基于图像处理技术的足迹检验系统的设计与实现[D];南京理工大学;2011年
【相似文献】
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1 高秀娟;杨伟华;;三维激光扫描测量技术及在测绘领域的应用[J];黑龙江科技信息;2010年35期
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3 孙德鸿;刘世晗;刘丽惠;;三维激光扫描在岩画保护中的应用[J];测绘通报;2011年01期
4 马素文;;三维激光扫描在测量中的应用现状[J];山西建筑;2011年09期
5 徐晓雄;刘松林;李白;;三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用[J];中国测绘;2009年02期
6 周华伟;朱大明;瞿华蓥;;三维激光扫描技术与GIS在古建筑保护中的应用[J];工程勘察;2011年06期
7 谢瑞;胡敏捷;程效军;张京男;周适;;三维激光HDS3000扫描仪点位精度分析与研究[J];遥感信息;2008年06期
8 陈永剑;张锦;;地面激光扫描系统在矿区构筑物变形监测中的应用研究[J];科技情报开发与经济;2009年12期
9 赵晓明;洪波;;三维激光扫描仪应用技术研究[J];价值工程;2010年09期
10 李长春;薛华柱;徐克科;;三维激光扫描在建筑物模型构建中的研究与实现[J];河南理工大学学报(自然科学版);2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗建;刘耀华;兰志刚;张锐;;三维激光扫描技术在海洋工程中的应用[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
2 李艳;涂成生;;高精度三维激光扫描在首件检测中的应用[A];第十五届全国汽车检测技术年会论文集[C];2011年
3 葛旭明;伍吉仓;陈玮娴;;基于三维激光扫描的方杆形变监测试验[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
4 毕俊;冯琰;顾星晔;林正庆;;三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究[A];地理信息与物联网论坛暨江苏省测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
5 王文江;彭飞飞;张志全;;地面三维激光扫描系统数据获取与处理框架研究[A];第十三届中国科协年会第12分会场-测绘服务灾害与应急管理学术研讨会论文集[C];2011年
6 李荣彬;;三维激光扫描技术在地质矿产信息快速获取中的应用[A];河南地球科学通报2010年卷(下册)[C];2010年
7 张舒;吴侃;周大伟;敖剑锋;于启升;;三维激光扫描技术在矿山开采沉陷的应用[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年
8 李海鹏;刘博文;;三维激光扫描仪鉴定方案设计思路初探[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
9 李明;张向前;邹德龙;徐继勇;张玉敏;郑海芸;;三维激光扫描技术在灾后重建中的应用[A];第十三届中国科协年会第12分会场-测绘服务灾害与应急管理学术研讨会论文集[C];2011年
10 张爱武;;三维激光扫描及其应用处理技术[A];中国图象图形学学会立体图象技术专业委员会学术研讨会论文集(第三期)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 北京建筑工程学院 吴志群 云冈石窟研究院 宁波;三维激光扫描技术在古建保护修复中的应用[N];中国文物报;2009年
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3 本报记者 雷隆隆 本报通讯员 刘立志;细雨润心田[N];地质勘查导报;2010年
4 王思海;圆明园部分古建,将用激光扫描复原[N];新华每日电讯;2007年
5 记者 陈园园;三维激光扫描技术首次用于石窟保护[N];中国建设报;2010年
6 云冈石窟研究院党支部书记、博士 黄继忠;三维激光扫描技术在云冈石窟研究中的应用[N];大同日报;2010年
7 赵玲玲杨麟;三峡库区重大滑坡监测预警体系建成[N];中国国土资源报;2008年
8 本报记者 徐俊霞;形创:开启创新性三维科技应用的大门[N];机电商报;2008年
9 本报记者 黄里 覃丹 曹磊;伏龙观震后“世遗”修复的“非常标杆”[N];四川日报;2010年
10 潘加保;江苏沿海滩涂DEM产品通过专家论证[N];中国测绘报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张会霞;三维激光扫描点云数据组织与可视化研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
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3 刘阳;下颌运动虚拟还原以及相关生物力学研究[D];南方医科大学;2008年
4 罗旭;基于三维激光扫描测绘系统的森林计测学研究[D];北京林业大学;2006年
5 牛兆河;三维激光扫描技术在小耳畸形综合症患者面部软组织三维测量及三维耳模应用的研究[D];中国协和医科大学;2008年
6 陈华;成人阴茎整形修复的数字化研究[D];第三军医大学;2007年
7 张思建;无线传感网络部署算法与部署机器人若干技术研究[D];浙江大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王红霞;三维激光扫描技术在桥梁监测中的应用[D];兰州理工大学;2012年
2 卢晓鹏;基于三维激光扫描技术的滑坡监测应用研究[D];长安大学;2010年
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5 张文;基于三维激光扫描技术的岩体结构信息化处理方法及工程应用[D];成都理工大学;2011年
6 朱文武;基于标靶控制的三维激光扫描点云数据配准研究[D];中国地质大学(北京);2012年
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8 吴宇宁;三维激光扫描技术在油气设备形位检测中的应用研究[D];长安大学;2012年
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10 张毅;地面三维激光扫描技术在龟山汉墓测量和重建中的应用[D];长安大学;2013年
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