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基于机器视觉的微平台三维运动位姿测量方法研究

徐海利  
【摘要】:随着微/纳米技术的快速发展,微机械已经被广泛的应用于实际生产过程中。由于其具有结构尺寸小、承载能力弱的特点,因此,在测量过程中不能安装用于几何量检测的传感器,只能采用非接触式的测量方法。自20世纪90年代以来,计算机视觉测量技术已经成为非接触式测量领域中的研究热点,常用的测量方法主要有单目视觉测量法、双目视觉测量法和多目视觉测量法。基于机器视觉技术,可以获取被测物体的三维信息,本文提出了一种测量微平台空间位姿的方法,该方法依据的是单目视觉的测量原理,同时结合各坐标系之间的变换关系,通过计算得出微平台在三维空间的位姿变化。 本文研究的对象微平台是一个具有规则形状的矩形平台,依据矩形的几何性质,文中提出了一种新的基于六点法的摄像机标定方法。选取微平台上的六个顶点作为标志点,在常用摄像机标定方法的理论基础上,详细阐述了六点法的标定原理和标定算法的具体推导过程;基于单目视觉的测量原理,在微平台上选取了四个顶点和一条棱作为特征元素,同时结合坐标系之间的相互变换关系,建立世界坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系之间的映射模型,进而求解出微平台在三维空间的位姿变化;根据小孔成像的原理,可以获取棱长随其距焦平面距离变化的规律,进而实现对微平台的距离测量;针对本文提出的单目视觉测量微平台三维运动的测量方法,结合三坐标测量仪的测量原理,搭建了实验平台,运用图像处理技术提取特征点坐标,利用单目视觉的测量原理算出各对应特征点的世界坐标,并与用三坐标测量仪测量的实验结果进行对比,验证该测量方法的可行性。 根据上述的研究成果,可以看出本文对运用机器视觉原理测量微平台的三维位姿进行了研究,得到了基于特征点的微平台位姿求解方法。采用该方法不仅能够实现对微平台的快速跟踪测量,同时也大大地减少了运算的复杂性。


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