全向结构光视觉三维测量技术研究

围绕宽视场场景信息的三维感知测量，构建基于结构光视觉测量和全景成像技术的全向结构视觉测量模式，研制全向结构光视觉传感器，传感器可以获得360 视场范围投射在被测对象表面的变形结构光条纹图像，根据结构光视觉测量原理实现宽视场三维在线测量。主要研究内容为：研究全向结构光视觉三维测量的总体方案；研究基于折反射原理的全景成像技术及全向结构光投射技术，研制具有最优结构的全向结构光视觉传感器；建立参数分离的全向结构光视觉传感器测量模型，包括全向摄像机成像模型、锥面镜成像模型和全向结构光投射模型，研究基于无严格约束的简单便携式标定靶标的模型参数现场标定方法；研究全景变形结构光条纹图像特征的高精度鲁棒性提取方法；实现相关算法研制出全向结构光视觉三维测量系统样机。全向结构光视觉三维测量技术将为宽视场场景信息的三维感知测量提供一种有效技术手段，将在机器系统的自主导航、管道检测和智能监控等领域具有广阔应用前景。

本项目围绕宽视场场景信息的三维感知测量，构建基于结构光视觉测量技术和全向折反射成像技术相结合的全向结构视觉三维测量模式，研制全向结构光视觉传感器及测量技术,取得的主要成果：.1) 提出了全向结构光视觉三维测量方案，基于折反射原理的全景成像技术及全向结构光投射技术，研制了全向结构光视觉传感器，具体包括曲面镜折反射结构光传感器和多平面镜折反射结构光传感器；.2) 研究了基于折反射原理的全景图像拍摄技术以及全向结构光投射技术，研究了折反射光学系统和全向结构光投射器的结构优化设计方法；.3) 建立了参数分离的全向结构光视觉传感器测量模型，包括全向摄像机成像模型、锥面镜成像模型和全向结构光投射模型，建立全新结构光测量模型，提出了基于泰勒近似的平面靶标标定方法；.4) 研究了基于无严格约束的简单便携式标定靶标的模型参数现场标定方法；基于多平面反射的全向结构光测量，传感器获取的图像不存在卷曲畸变，有效地提高了全向结构光三维视觉测量的测量精度；.5) 研制出全向结构光视觉三维测量系统样机，实现快速全向三维测量，通过实验验证了本项目方案的可行性和正确性；.6) 研究了基于双传感器的宽视场结构光三维视觉测量关键技术，制备了其原理样机，解决单结构光三维视觉扫描系统中范围受限、存在测量盲区等问题；.7) 研究了全景变形结构光条纹图像特征的高精度鲁棒性提取方法，实现了全向结构光视觉图像特征高精度提取；.8）研究了图像亮度及对比度的自适应增强方法，提出一种基于神经网络的自适应图像增强方法，保证了图像的视觉测量精度；.9) 提出了畸变分离的镜头校正方法，建立了多约束条件下的目标函数，采用非线性优化算法求解出畸变系数和非畸变点，提高了测量结果的精度；.10）提出了基于二维靶标的摄像机参数鲁棒性估计算法，解决了由于标定图像局部质量较差导致标定的摄像机参数精度下降的问题。