《受限空間三維形貌主動立體視覺測量技術研究》是依託北京航空航天大學，由周富強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：受限空間三維形貌主動立體視覺測量技術研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：周富強
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
圍繞受限非開放空間物體形貌三維測量，構建基於結構光視覺、立體視覺和光纖傳像技術的小型柔性立體視覺測量方式，研製柔性主動立體視覺感測器，感測器測量頭可以置入受限非開放空間，獲取被測對象的雙目立體圖像，根據雙目視覺測量原理實現被測物體表面的三維線上測量。主要研究內容為：研究主動立體視覺感測器小型化和柔性化的總體方案；研究單攝像機鏡像式雙目立體圖像成像原理；研究基於光纖傳像的攝像機和結構光投射器外置的雙目立體圖像內窺拍攝技術；研究基於多尺度理論的圖像特徵提取方法及同名特徵的對應匹配方法；研究基於光纖傳像的小型立體視覺測量的標定方法；研究攝像機、光纖傳像束和感測器測量頭之間的耦合方法，解決攝像機視場與測量頭光學系統視場的適配問題；實現相關算法研製出主動立體視覺測量系統樣機。本項目將為受限非開放空間的小尺寸測量和嵌入式線上三維測量提供有效技術手段，推動三維視覺測量的進一步廣泛套用和迅速發展。
結題摘要
本項目圍繞受限空間的三維測量，構建基於結構光技術、立體視覺技術和光纖傳像技術相結合的柔性主動雙目測量模式，研製外置單像機的柔性鏡像雙目視覺測量技術，解決常規雙目視覺感測器體積大，難以小型化等問題，感測器測量頭可以進入受限空間，獲取包含變形光條的具有雙目特徵的被測物體圖像，根據雙目視覺測量原理實現無特徵被測物體表面的三維測量。 取得的主要成果： （1）、提出了柔性小型化雙目視覺測量方案，基於外置單像機，結合光纖傳像及鏡像雙目技術，實現了感測器測頭的小型化及柔性化； （2）、建立了鏡像雙目視覺感測器的幾何模型，在保證最佳測量精度前提下，以合理測量視場為約束，對平面反射鏡組的幾何尺寸、相互位置、與攝像機光軸的夾角及工作距離等參數進行了計算，推導出單像機鏡像雙目視覺感測器的最佳化設計方法； （3）、研究了基於光纖傳像的多模式可程式特徵投射技術，集成了小型特徵投射終端、雙目攝像終端及平面反射鏡組，研製了新型外置攝像機柔性鏡像雙目感測器測頭； （4）、面向視覺測量的高精度需求，提出了面向三維測量誤差最佳化的攝像機模型參數再最佳化及精度評價方法，以三維測量坐標系中已知特徵點與模型特徵點空間距離最小為目標函式，有效地提高了攝像機的標定精度和測量精度； （5）、面向小視場視覺測量標定需求，提出基於由方格和圓構成的複合靶標的攝像機標定方法，由單圓和方塊可以產生12個具有透視投影不變性和同等精度的標定特徵點，解決了微型靶標加工製造困難，特徵點少的問題； （6）、建立了唯一攝像機坐標系的鏡像雙目測量一體化模型，提出了基於平面靶標的鏡像雙目直接標定方法； （7）、集成了特徵投射單元、雙目圖像採集單元和鏡像雙目感測器測頭，研製了柔性主動雙目視覺測量系統原理樣機，通過實驗驗證了本項目方案的可行性和正確性； （8）、在項目研究成功的關鍵技術基礎上，適應小視場非完全開放視場測量的需求，研製了基於電子內窺鏡的小型雙目視覺測量實驗裝置，突破了現有內窺鏡只能觀測物體表面的二維圖像，拓展了內窺鏡的三維定量測量功能； （9）、在項目研究成功的關鍵技術基礎上，研製了基於多平面組鏡像的全向結構光視覺測量裝置，滿足了受限空間內（如管道內壁）寬視場三維測量的需求。 本項目取得的研究成果為受限非開放空間的小尺寸測量和嵌入式線上三維測量提供有效技術手段，推動三維視覺測量的進一步廣泛套用和迅速發展。
