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基于并联机构的三维视觉重构系统的参数研究

张振博  
【摘要】: 并联机构以其自身的多项优点,近年来倍受国内外关注。将6-DOF并联机构与结构光视觉技术相结合,构筑了一个具有特殊意义和应用前景的基于并联机构的三维视觉重构系统。本文以基于并联机构的三维视觉重构系统的主要参数为研究对象,在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上,对系统的几个重要指标进行了研究。 首先,在分析了光学三角测量法原理的基础上,设计出了三维视觉重构系统的空间光路图,建立了世界坐标系、摄像机观测坐标系及图像坐标系之间的数学转换模型。该模型简化了原有模型的设置,使系统更具有普遍适用性。 其次,对CCD摄像系统、数字投影系统、并联机构工作空间以及系统误差等因素进行综合分析,优化设计了系统的结构参数,并在此基础上给出了基于并联机构的三维视觉重构系统的重构空间范围。 再次,针对结构光三维重构系统中普遍存在的自遮挡问题进行研究,并提出了检测自遮挡现象的方法,该方法利用基于欧几里德距离的二次参数曲面来估算点云曲率,通过分析点云数据的曲率变化规律来确定重构对象是否存在自遮挡现象。实验表明,阶跃点云数据的曲率变化与连续点云数据的曲率变化有很大区别,利用这种特殊的曲率变化现象可以判断重构物体表面是否存在自遮挡现象,并且较精确的定位遮挡所在位置。并联机构在空间方位的确定方面拥有独特优势,借助它的运动特性可以减少系统自遮挡现象,从而获取更多物体表面三维信息。 最后,通过实验仿真对系统误差、自遮挡相关算法的有效性和正确性加以验证。


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