影像测量技术论文提纲

论文题目：平面钣金零件智能影像测量技术的研究

摘要：钣金在汽车、装备制造、电子通信、家用电器等行业中广泛应用,现代制造业的大批量制造模式对钣金加工制品的测量速度和精度提出了更高的要求。论文重点研究了影像测量技术在平面钣金测量中的应用,探讨了摄像机标定、图像轮廓提取、图像拼接、图像配准和图元矢量化等关键技术的原理及实现。主要工作包括:研究了线性和非线性摄像机标定模型,提出了含有4个参数的二阶径向畸变和一阶偏心畸变模型,给出了两步迭代的模型求解方法;将求解的摄像机畸变参数用于图像校正,并将图像畸变校正的精度与Tsai两步法进行了对比;此外,还对图像透视变形的校正方法进行了研究。在采用Canny算子提取单像素宽的图像轮廓的基础上,采用Freeman编码实现图像轮廓的链码化。为了提高轮廓定位的精度,对亚像素级轮廓定位算法的拟合法、灰度矩法和Zernike法的效果进行了对比,并采用高斯拟合法对轮廓实现亚像素级定位。最后对比了像素级和亚像素级轮廓定位下的圆形测量精度。针对基于图形交换文件（Drawing Exchange File,DXF）的自动化测量,给出了DXF文件的提取流程,包括图形元素的提取和标注信息的提取;研究了DXF文件图像与钣金图像的配准问题,粗配准和精配准分别采用基于几何特性的方法和ICP算法;针对大型钣金难以一次成像的问题,在SIFT特征点提取的基础上,完成图像拼接并对拼接精度进行了评估。研究了基于轮廓特征点提取的智能图元识别测量方法,采用存在概率图识别圆形轮廓后,采用支持向量机提取复杂轮廓的特征点;两个特征点之间的轮廓段构成复杂轮廓的基本图形元素,采用拟合误差的方法对轮廓段进行综合识别;提出轮廓矢量化的两次遍历法,在图元拟合过程中根据图元之间的相互位置关系建立约束条件,保证了矢量化轮廓的封闭性。对测量平台的硬软件结构进行了设计,包括测量平台的硬件选型、软件的总体架构设计、检测流程设计和界面设计;通过智能图元识别测量实验,对复杂轮廓和圆形轮廓的测量精度进行了评估。

关键词：钣金;影像测量;相机标定;图像配准;SVM

学科专业：机械电子工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 影像测量技术的研究现状及发展趋势

1.2.1 影像测量技术的概念

1.2.2 国内外影像测量技术研究现状

1.2.3 影像测量技术的发展趋势

1.3 基于机器视觉的钣金零件智能测量的关键技术

1.3.1 系统标定技术

1.3.2 轮廓定位技术

1.3.3 图像配准技术

1.3.4 图元矢量化技术

1.4 主要研究内容及章节安排

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 论文章节安排

第二章 影像测量系统的标定

2.1 标定概述

2.1.1 射影几何中的参考坐标系

2.1.2 线性摄像机模型

2.1.3 非线性摄像机模型

2.2 基于改进Tsai两步法的镜头畸变参数计算

2.2.1 摄像机模型建立

2.2.2 畸变参数求解

2.2.3 实验与精度分析

2.3 摄像机外部参数的确定及透视变换

2.3.1 透视变换原理

2.3.2 图像几何运算

2.4 本章小结

第三章 影像的轮廓定位

3.1 单像素宽轮廓定位

3.1.1 像素级轮廓定位

3.1.2 轮廓链码化

3.2 亚像素级轮廓定位

3.2.1 亚像素级轮廓定位算法概述

3.2.2 基于高斯拟合的亚像素级轮廓定位

3.2.3 实验及分析

3.3 本章小结

第四章 基于DXF文件的匹配测量

4.1 DXF文件的信息提取

4.1.1 DXF文件基本结构

4.1.2 图元信息提取

4.1.3 标注信息提取

4.2 基于SIFT算子和RANSAC算法的大型图像拼接

4.2.1 SIFT算子提取特征点

4.2.2 RANSAC算法剔除误匹配点对

4.2.3 图像拼接实验及精度评估

4.3 基于图像几何特性和ICP算法的图像配准

4.3.1 基于图像几何特性的粗配准

4.3.2 基于ICP算法的精配准

4.3.3 图像配准实验及精度评估

4.4 本章小结

第五章 智能图元识别测量

5.1 基于支持向量机的特征点提取

5.1.1 轮廓特征点类型及特性分析

5.1.2 基于轮廓曲率的训练集构建

5.1.2.1 角点样本的构建和区分

5.1.2.2 切点和拐点样本的构建

5.1.3 支持向量机的特征点检测

5.1.3.1 支持向量机（SVM）原理

5.1.3.2 基于支持向量机的特征点提取过程

5.1.4 轮廓特征点提取实验

5.2 轮廓识别和矢量化

5.2.1 圆形轮廓的识别和矢量化

5.2.2 复杂轮廓的分段识别

5.2.3 基于约束的直线和圆弧矢量化

5.2.3.1 基于约束的矢量化技术路线

5.2.3.2 直线轮廓的矢量化

5.2.3.3 圆弧轮廓的矢量化

5.2.3.4 非线性等式约束下的目标函数求解

5.2.4 轮廓识别和矢量化实验

5.3 图元的矢量输出

5.4 本章小结

第六章 影像测量实验平台设计与实验分析

6.1 面向平面钣金零件的影像测量实验平台

6.2 影像测量实验平台硬件设计

6.2.1 实验平台硬件组成

6.2.2 运动控制卡

6.2.3 电动角位台

6.3 影像测量实验平台软件设计

6.3.1 软件架构设计

6.3.2 检测流程设计

6.3.3 软件界面设计及功能说明

6.4 智能图元识别测量实验及精度分析

6.4.1 复杂轮廓图元的形状尺寸测量

6.4.2 圆形轮廓的形状尺寸测量

6.4.3 图元位置尺寸测量

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附件