建筑工程测量论文提纲

论文题目：基于双目视觉的三维智能测量系统设计与实现

摘要：近年来,经济和科学技术的不断发展与更新给各行各业注入了新的活力。其中,建筑行业更是在这几十年来实现了蓬勃发展。工程测量作为建筑行业的基础,被赋予了更高要求。工程测量的发展与测量技术有着密不可分的联系,测量技术的创新有利于推动工程测量的不断进步,提升建筑施工效率,进而在激烈的市场竞争中拥有更大的竞争力。然而,如今在大多数建筑物的施工过程中,依旧采用人工接触式测量,这种传统的测量方式不仅需要大量的人力物力,工作量大,测量时间长,而且时常会因为测量工人的失误产生误差,对高层建筑物的测量也常伴随着危险性。为解决这些问题,需要开发一套非接触式的智能测量系统。本文以建筑物墙面为研究对象,为获取墙面尺寸、门窗尺寸以及门窗间距的参数信息,设计并实现了一种基于双目视觉的三维智能测量系统。首先利用挂载在嵌入式设备上的双目摄像头对待测量的墙面场景进行图像数据采集,并将采集到的图像数据通过以太网发送至PC上位机进行处理;然后对采集到的数据利用数字图像处理技术,实现图像的立体校正、边缘检测、角点提取,基于现实中门窗四边的约束关系实现门窗的轮廓检测,提取出门窗测量点的坐标;最后结合张正友标定法获取的相机的内外参数,利用立体视觉技术对测点进行立体匹配和三维坐标恢复,根据三维空间坐标系点到点,以及点到线的距离公式计算出对应尺寸。本文的主要工作内容如下:（1）通过分析现有的墙面尺寸测量的传统手段及其环境,提出了基于双目视觉的建筑物墙面测量系统需求,根据系统需求给出了相对应的解决方法并设计出了系统的框架和实现流程。本系统主要由五大模块构成:双目图像采集模块、摄相机标定模块、测点提取模块、尺寸测量模块、图形用户界面设计模块。（2）通过挂载在嵌入式设备ZYNQ上的USB摄像头对场景进行图像采集,并将采集的图像通过HDMI显示在设计的采集显示界面中,最后通过以太网将数据发送至PC上位机进行处理。（3）在掌握了摄像机成像模型理论的基础上,研究了现有不同相机标定方法的优缺点,最终选用张正友标定法对双目摄像头进行标定,获取单目以及双目的标定参数。（4）通过相机标定获取的参数,首先利用Bouguet算法对采集到的图像进行立体校正,对校正后的图像进行降采样,去除图像复杂纹理,降低计算量。接着通过ACCS算法提取出墙面图像中的角点,将提取的角点四个为一组,组合排列成四边形,基于现实环境中门窗应该具有的约束关系,选出候选四边形。然后再将候选四边形与提取出的Canny图像轮廓进行边缘匹配,获取到门窗的初始轮廓,消除重叠的部分,保留大的门窗轮廓,提取出最终轮廓。最后进行高尺度还原,获取门窗的测点,手动选取墙面的测点,得到全部测点的图像像素点坐标。（5）用BRIEF描述子来描述提取出的测点,使用最小汉明距离计算左右图像中测点的相似度,完成测点匹配,根据匹配到的测点计算测点对应的视差,通过相机标定的内外参数恢复测点的三维坐标。最终根据三维相机坐标系下点到点的距离公式以及点到线的距离公式,计算出对应的尺寸和门窗相对于墙面边缘的间距。（6）本文用户界面模块主要包含有图像采集界面、图像接收界面、图像标定界面、测点识别界面、尺寸计算界面。其中图像采集界面通过Linux上的QT软件进行开发,剩余的界面都是在Windows上的MATLAB进行开发。（7）通过对双目测量系统进行功能以及性能的测试,测试结果验证了系统中的各个模块的功能可以正常运行,且测量的误差也能满足设计的需求。

关键词：双目视觉;图像处理;立体匹配;嵌入式;图像采集

学科专业：信息与通信工程

摘要

Abstract

第1章 引言

1.1 选题背景及研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 非接触式测量技术研究现状

1.2.2 机器视觉测量技术研究现状

1.3 主要研究内容和结构

第2章 相关理论与技术研究

2.1 图像预处理方法

2.1.1 图像灰度化

2.1.2 图像二值化

2.1.3 图像滤波

2.1.4 图像金字塔

2.2 图像特征提取

2.2.1 边缘检测算法

2.2.2 角点检测算法

2.3 摄像机成像模型

2.3.1 基本坐标系

2.3.2 线性成像模型

2.3.3 非线性成像模型

2.4 嵌入式软硬协同设计技术

2.5 本章小结

第3章 系统需求分析与总体方案

3.1 系统设计需求

3.2 系统的总体设计方案

3.2.1 系统总框架设计

3.2.2 双目图像采集模块流程设计

3.2.3 摄像机标定模块流程设计

3.2.4 测点提取模块流程设计

3.2.5 尺寸测量模块流程设计

3.2.6 图形用户界面模块流程设计

3.3 本章小结

第4章 系统设计与实现

4.1 双目图像采集设计与实现

4.1.1 开发平台资源

4.1.2 图像采集模块设计

4.1.3 图像显示模块设计

4.1.4 网络发送模块设计

4.2 摄像机标定设计与实现

4.2.1 摄像机标定方法

4.2.2 张正友标定原理

4.2.3 标定结果

4.3 墙面测点识别设计与实现

4.3.1 基于Bouguet算法的立体校正

4.3.2 基于ACCS算法的角点提取

4.3.3 基于角点检测的门窗轮廓提取

4.3.4 测点识别

4.4 尺寸测量设计与实现

4.4.1 双目立体视觉原理

4.4.2 三维坐标恢复

4.4.3 尺寸参数计算

4.5 图形用户界面设计与实现

4.5.1 图像采集发送界面

4.5.2 图像处理界面设计

4.6 本章小结

第5章 系统测试

5.1 测试目的与原则

5.2 系统测试环境

5.3 系统功能测试

5.3.1 图像采集模块测试

5.3.2 相机标定模块测试

5.3.3 测点识别模块测试

5.3.4 尺寸计算模块测试

5.4 系统测量实验结果及分析

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献