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1、1 1.11.1 摘摘 要要 当今，三维物体识别已成为一个很活跃的研究领域，随着科学技术的发展， 其应用范围也越来越广泛，特别近年来，图像科学的发展和计算机信息处理能 力的增强，为三维重建技术的研究和应用提供了良好的条件。其中，CAD/CAM 是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域，CAD 领域是一个非常重 要的研究领域就是基于工程图纸的三维形体重建。三维形体重建就是从二维图 像中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空 间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及拓扑关 系。 课题研究的核心思想就是基于体视投影原理，实现对空间的定位与测量，
2、主要方法所利用双摄影机来模拟人的双眼，通过左、右两幅二维成像来实现对 三维空间点的定位，实现对两点间距离的测量。 要实现这个目标，必须完成的两个工作就是摄像机的标定和对应点的匹配。 . 本文对摄像机标定技术进行了全面地研究和总结，通过自行设计的视觉传感 器，实现了摄像机内外参数的标定，相比前人研究的标定方法更简捷；空间点 在两幅图中成像点的匹配也是课题研究的一个重点和难点所在，文章中提出了 一种利用模块匹配和极限约束相结合的复合匹配方法，并通过 Matlab 软件模拟 实现了这个算法。 最后通过实验来对这种方法进行了验证，比较分析了其优缺点，并对今后 课题的研究方向提出建议和思路。 关键词关键
3、词：体视投影；摄像机标定；对应点匹配；空间定位；距离测量 2 Abstract Nowadays the research in three-dimensional objects recognition is very hot. With the development of science and technology, the application range has been wider and wider. Especially in recent years, the development of digital image processing technology and h
4、igh performance computer coming into being provide favorable conditions for computer vision research and application. thereinto,CAD/CAM is the most abroad and active area that the Computer Graphics has been used,one of the important study fields in CAD is three-dimensional rebuild based on planar en
5、gineering-drawing. Three-dimensional rebuild is picking-up three-dimensional information from planar image,and their logical relation. The focus idea of the object that we studide is based on stereo prjection,carrying out the space pointsexact position and the distance between them.The main method i
6、s using a couple of camera to simulate persons eyes,by the left and right images to achieve the result of dimensional pointsposition and distances measurement. To achieve this aim ,there are two work,camera calibration and correlated points matching,must be accomplished at first. In this paper, we f
7、irst introduce the relative knowledge and technique about the theory of camera calibration Using the Vision Sensor that designed by ourselves, we get the inside and outside parameters of the camera we used,and compare to formerly study model,the sensor we designed is more concise.Image matching is a
8、lso the important and difficulty problem,this paper puts forward a complex matching method contain module matching and epipolar line restricting,and simulated this arithmetic by Matlab software. To the end of this article,we validated the idea by experiment,cimpare and analyses this theoreticmerit a
9、nd defect,and bring forward the further study of this object. At the last,a suggestion to further study about the object is put forward,hopefully helpful to those who bend on this useful academic corner. Written By ZENG Lan-Yan Directed By WANG Fu-Jun Keywords: stereo projection, cameracalibration,
10、image matching, orientation of dimenseonal point, distance measure 3 第一章第一章 论绪论绪 1.21.2 课题的来源以及研究意义课题的来源以及研究意义 基于体视原理的空间点的定位与测量，是指导老师根据学科的最新发展和 我个人专业而定的自选课题。 随着计算机技术的发展，图形学被赋予了更广阔的发展空间。尤其是图形 学的应用范围，现在越来越广泛，应用频率也越来越高。其中，CAD/CAM 是计 算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域，CAD 领域是一个非常重要的 研究领域就是基于工程图纸的三维形体重建。三维形体重建就是从二维图像
11、中 提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中 重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及拓扑关系。 另外，模拟仿真可以在计算机中实现真实世界场景，也是目前的研究前沿和热 点。仿真的主要任务是模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、 表面的纹理和粗燥程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。另外，真实 感绘制已经从最初绘制简单的室内场景发展到现在模拟野外自然景物，比如绘 制山、水、云、树、火等。 1 等 体视投影就是利用人的双眼视差效应，在二维平面产生三维效果图形，使 二维平面内包含真实物体的最大限度的信息，而且产生强烈的逼真视觉。根据 二维信
12、息图像来重建三维实体，实际上就是对空间物体上点的定位问题。 2 本课题的研究，是对计算机图形学应用的推广和三维造型技术的推进，对 机械工程、军事、航天、医学、交通、消防、娱乐和教育等各个方向都有 积极的意义。 1.31.3 课题的国内外研究现状课题的国内外研究现状 随着计算机技术的普及与运用，传统工业领域已发生巨变。目前国内，这 种巨变主要体现在设计和制造两个方面，作为三大立柱之一的计量与检验却一 4 直滞后着。 如今工业设计领域已告别了铅笔与图板时代，以 AutoCAD、3DMax 为基础的 设计方式拥有了强大的思想表达力，并已走向技术与艺术溶合的设计新时代； 另一方面，以数控加工中心 CN
13、C 和数字化专业设备为基础的自动化加工呈现出 精密与快速的时代特征，加工能力空前高涨。相比之下，工业测量与工业检验 却一直在工具显微镜、投影测量仪和体视显微镜等传统设备的陈旧技术中徘徊。 近些年，随着产品的高档化和微型化，加工订单的国际化，对测量的要求越来 越高。精度从 0.01向 0.001过渡,计量方式从抽检向全额检验过渡，测量项 目从简单走向复杂、从单项走向多项综合。加工技术空前发展与检验技术停滞 不前的矛盾已十分突出，改变传统测量方式，满足现实的复杂需要，工业测量 与检验急待技术变革。 正是在这样的时代背景下，以数码影像测量技术、工业图像处理技术、计 算机视觉和自动识别技术为基础的新型
14、工业计量与检验技术正快速发展起来。 数码影像测量，是传统摄影测量技术与数字图像技术结合的产物，也是数码时 代在工业测量领域的自然体现。将传统的光学浮点运算转化为强大的数字模型 计算，在工具显微镜和投影测量仪上装入 CCD 的眼睛和计算机数位处理的大脑， 告别人工读数的传统光学测量时代进入数位科技时代，将原用于航空摄影测量 的正射投影测量原理移植到计算机屏幕测量技术，运用于三维精密运动的现代 工业测量设备之中，依托数码时代的强大软硬件能力满足了精确、复杂、高效 的新时代要求。 数字化影像仪（又名影像式精密测绘仪）将替代传统的手摇式影像仪，实现数 字化测量。 全自动影像测量仪，是在数字化影像测量仪
15、基础上发展起来的人工智能型 现代光学非接触测量仪器。其承续了数字化仪器优异的运动精度与运动操控性 能，融合机器视觉软件的设计灵性，属于当今最前沿的光学尺寸检测设备。全 自动影像测量仪能够便捷而快速进行三维坐标测量与 SPC 结果分类，满足现代 制造业对尺寸检测日益突出的要求：更高速、更便捷、更精准的测量需要，解 决制造业发展中的又一个瓶颈技术。 5 全自动影像测量仪，基于机器视觉的自动边缘提取、自动理匹、自动对焦、 测量合成、影像合成等人工智能技术，具有点哪走哪自动测量、CNC 走位自动 测量、自动学习批量测量，影像地图目标指引，全视场鹰眼放大等优异的功能。 同时，基于机器视觉与微米精确控制下
16、的自动对焦过程，可以满足清晰造影下 辅助测高需要(亦可加入触点测头完成坐标测高)。支持空间坐标旋转的优异软 件性能，可在工件随意放置的情况下进行批量测量，亦可使用夹具进行大批量 扫描测量与 SPC 结果分类。 全自动影像测量仪是影像测量技术的高级阶段，具有高度智能化与自动化 特点。其优异的软硬件性能让坐标尺寸测量变得便捷而惬意，拥有基于机器视 觉与过程控制的自动学习功能，依托数字化仪器高速而精准的微米级走位，可 将测量过程的路径，对焦、选点、功能切换、人工修正、灯光匹配等操作过程 自学并记忆。全自动影像测量仪可以轻松学会操作员的所有实操过程，结合其 自动对焦和区域搜寻、目标锁定、边缘提取、理匹选点的模糊运算实现人工智 能，可自动修正由工件差异和走位差别导致的偏移实现精确选点，具有高精度 重复性。从而使操作人员从疲劳的精确目视对位，频繁选点、重复走位、功能 切换等单调操作和日益繁重的待测任务中解脱出来，成百倍地提高工件批测效 率,满足工业抽检与大批量检测需要。 最新推出的全自动影像测量仪具有人工取点测量、CNC 扫描测量
