基于機器視覺的車輛幾何尺寸測量系統(tǒng)研究.pdf

1、本文研究的目的是建立一套自動化程度高、測試技術先進的車輛幾何尺寸參數(shù)測量系統(tǒng)。從軍用車輛幾何尺寸測量的實際需要出發(fā)，根據(jù)車輛尺寸參數(shù)所具有的特點，在綜合比較了各種類型的大尺寸空間坐標測量方法之后，本文結合近年來新興的機器視覺技術，提出了兩套設計方案——基于立體視覺的照相機陣列系統(tǒng)方案和基于視覺伺服的大型視覺坐標測量機方案。這兩套方案均具有自動化、非接觸、高精度、通用性的特點，并且具有系統(tǒng)功能上的擴展性。除設計指標所要求的尺寸參數(shù)外，系統(tǒng)

2、還可溶入對汽車前照燈的檢測。在車輛整車尺寸參數(shù)及通過性幾何參數(shù)測量領域中，目前還未見類似技術的相關應用研究報道，本文提出的測量方案具有一定的創(chuàng)新性。目前，照相機陣列系統(tǒng)作為首選方案，已通過總裝汽車試驗場組織的專家組評審，并即將進入系統(tǒng)的現(xiàn)場構建階段。 本文從理論和實踐上對機器視覺技術在幾何尺寸測量中的應用進行了深入的研究和探討。在對各種視覺技術的原理進行深入分析的基礎上，本文的研究立足于實際應用技術問題的解決，并對車輛幾何尺寸測

3、量系統(tǒng)的工程構建、測量方法等問題作了具體的闡述。文中涉及的大量算法均通過反復的實驗進行測試，以驗證其作為應用技術的可行性。 本文具有創(chuàng)新性的研究工作概括如下：1. 提出基于立體視覺的照相機陣列系統(tǒng)方案。該方案用多臺數(shù)碼相機分布于車輛周圍，以兩臺相機為一基本測量單元，利用雙目立體視覺原理恢復特征點的三維空間坐標，從而實現(xiàn)對車輛各部分幾何尺寸的測量。介紹了系統(tǒng)的組成、結構，結合圖示論述了各項尺寸的具體測量方法，對系統(tǒng)構建中的若干問題

4、如軟件設計、相機設置、測量布局及相機固定方式也作了闡述。 2. 研究并實現(xiàn)了立體視覺技術中的各個環(huán)節(jié)。在一些具體實施策略上，對車輛幾何尺寸測量中運用到的特征提取算法作出了改進，有效的提高了算法的性能和時效。提出了一個高精度的靶標圖像角點提取算法。提出基于灰度和邊緣梯度方向及幅值的圖像相關性評價函數(shù)，并依據(jù)若干約束設計了一套立體匹配算法；該算法簡單實用，運算速度快，對邊緣清晰的立體圖對能達到較高的匹配率，在實際使用時獲得了較好的效

5、果。 3. 提出基于視覺伺服的大型視覺坐標測量機方案。該方案將攝像機置于垂直平面內的正交導軌組上，使攝像機可作二維運動，利用視覺伺服技術，自動識別被測點并控制瞄準；瞄準點的坐標可由導軌上的磁柵尺獲得。從而將車輛各部分尺寸的測量轉化為在相應投影面內二維尺寸的直接測量。論述了系統(tǒng)的測量原理、組成、結構和尺寸測量方法，介紹了系統(tǒng)標定及校準的方法，并對測量精度作出了分析。 4. 研究了電動鏡頭自動聚焦算法。首先對一些典型的圖像清

6、晰度判據(jù)進行了分析比較，并指出了其局限性；提出了基于梯度變換的圖像清晰度判據(jù)，具有魯棒性高、清晰度評價特性好的特點；針對電動鏡頭的特性，提出用爬山法與全局搜索法相結合的聚焦控制算法，避免了傳統(tǒng)算法的缺陷。經實驗驗證，采用以上判據(jù)及控制算法的自動聚焦系統(tǒng)可靠性好、聚焦精度高、速度快，具有較高的實際應用價值。 5. 研究了在車輛幾何尺寸測量系統(tǒng)中實現(xiàn)汽車前照燈檢測的方法，包括遠、近光光束照射方向及發(fā)光強度的檢測。另外，還對利用機器視覺

7、技術檢測前照燈配光性能的方法進行了理論分析。 此外，本文主要還完成了以下幾方面的工作：1. 系統(tǒng)的研究了照相機陣列系統(tǒng)的標定問題，包括單目相機的標定、雙目相機的標定和整個相機陣列的全局標定。在這一部分中，對實現(xiàn)標定算法的各個具體步驟進行了詳細的描述；對相機標定過程中的實際問題，如參考點對應問題及出現(xiàn)的標定失敗情況作出了分析，并給出了分別對六臺相機的實際標定結果及分析；對矯正畸變圖像生成非畸變圖像的方法進行了介紹；詳細描述了雙目標定

8、及相機陣列系統(tǒng)全局標定的方法，全局標定借助于經緯儀坐標測量系統(tǒng)來實現(xiàn)，系統(tǒng)標定的整個流程和尺寸計算的方法也在最后作了介紹。2. 對雙目立體視覺方法的各種測量實驗進行了深入的分析，包括6種空間點三維重建算法的精度比較、相機及雙目標定靶標的相對位置對精度的影響、對游標卡尺測量的實驗、用4臺相機對大尺寸測量的實驗和物體的三維表面恢復及立體顯示，并列出了詳實的實驗數(shù)據(jù)。對照相機陣列系統(tǒng)的實驗研究表明：在距離相機2 m深度范圍內的公共視場內，兩臺