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基于立体视觉的浮体六自由度测量 

沈海滨  
【摘要】:浮体的六自由度运动分量,即横摇、纵摇、回转、横移、纵移、升沉,是海洋、港口和船舶工程模型试验研究中的重要参考数据。传统的接触式测量方法是利用直尺测量位移值,使用陀螺仪测量摇角,通过光线示波仪记录信号,人工读取分析,精度低,浪费人力物力,无法满足使用要求。非接触式测量系统采用双CCD拍取运动图像,利用对CCD标定出来的内外参数来三维重构计算物体空间坐标,并由此分解其六自由度。它对浮体的移动没有任何影响,精度相对较高,通过提高分辨率和定位算法还有更大的性能提升空间。 在该非接触式六自由度测试系统中,主要完成的任务有两大部分,一个是以机器视觉为理论背景的算法研究与应用,二是设计相应的系统软件。算法部分主要包括图像预处理,二值化阈值的自动选取,特征点的提取,标定、立体匹配及三维重构等一系列立体视觉内容;系统软件部分是以VC6.0为开发平台,结合Matrox公司的图像采集卡软件开发包,编写了一份满足工程需要的应用软件;最后,通过实际的模拟平台对软件进行了测试(主要是算法测试),分析了系统的测量精度。 本文不仅解决了双CCD异步触发同步抓取的功能,还达到了真正的实时处理,以60f/s的速率跟踪浮体运动,并且实现了全姿态测量。同时,测量精度也基本达到各种科学研究和工程设计实验使用的技术指标。


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