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UDC 编号
硕 士 学 位 论 文
大曲面视觉测量方法研究
学 位 申 请 人： 王国锋
指 导 教 师： 李航
学 科 专 业： 机械制造及其自动化
学 位 类 别： 工学
2012 年 5 月
论文题目： 大曲面视觉测量方法研究
专 业： 机械制造及其自动化
研 究 生： 王国锋
指导教师： 李航
摘 要
在现代工业生产和科研过程中，测量技术具有重要的作用。而传统的测量方
法往往存在许多不足，难以满足实际的需要，因此发展一种新的测量方法成为必
需。在对国内外测量技术的发展现状和趋势进行全面分析的基础上，基于机器视
觉理论，本课题探求了一种用于大曲面测量的便携式三坐标测量方法。把具有标
识点和一个球形三坐标测头的手持测量装置看做一个刚体，将其作为研究对象。
利用机器视觉原理建立测量数学模型，计算出刚体在测量过程中的位姿变化，进
而可以求出刚体上球形测头中心的坐标变化。对一系列离散的测头中心三坐标数
据进行误差补偿，就可以求出待测曲面上点的坐标，进而实现对零件尺寸信息的
测量，达到测量目的。
现将本课题完成的主要研究内容总结如下：
1．在分析 PnP 问题解的基础上，提出并建立了测量系统的数学模型（共面四
点 P4P），推导出了测头坐标的求解公式。进行了测量实验，实验结果证明了系统
模型的正确性。
2．由于测量系统求出来的实际上是球形测头的坐标，为了求出与物体接触点
坐标，必须进行误差补偿。在分析各种补偿算法的优劣之后，采用基于 Delaunay
三角剖分的测头半径误差补偿方法。
3．本文在分析了测量数字图像的特点基础上，研究了图像预处理方法和标识
点图像平面坐标提取算法。利用高斯平滑滤波器来滤除图像的噪声，从而能够很
好的抑制图像噪声和控制标识点光斑边缘位置的准确性。选择了合适的图像分割
算法，将有效区域从图像中分离出来。提取标识点光斑边缘，然后利用最小二乘
法拟合椭圆，从而实现了对标识点中心图像坐标的准确定位。
4．搭建实验平台，验证测量方法的可行性。为了得到摄像机参数，首先进行
了摄像机标定试验。本课题采用了基于立体靶标的摄像机标定方法，将标准量块
作为标定物，选取其顶点作为特征点，建立标定模型，进而完成摄像机的标定。
利用本文提出的测量方法对曲面进行测量实验，同时利用激光跟踪仪对曲面测量，
通过对实验结果进行对比、分析，最终证明测量方法的可行性。
I
关 键 词：P4P 问题；相机标定；曲面测量；测量误差补偿
论文类型：应用基础研究
II
Subject: Study on a Method for Measuring the Large Curved
Surface Based on machine vision
Specialty: Mechanical Manufacturing and Auto