基于双目立体视觉的大堆物料体积测量方法研究

硕士学位论文MASTERDISSERTATION基于双目立体视觉的大堆物料体积测量方法研究ResearchonMeasurementMethodforPilesofMaterialVolumeBasedonBinocularStereoVision作者毛琳琳校内导师许宏副教授陈锡爱讲师校外导师杨天明高工专业领域控制工程中国计量学院二〇一五年六月ResearchonMeasurementMethodforPilesofMaterialVolumeBasedonBinocularStereoVisionByLinlinMaoADissertationSubmittedtoChinaJiliangUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringChinaJiliangUniversityJune,2015中图分类号TP391学校代码10356UDC621密级公开硕士学位论文MASTERDISSERTATION基于双目立体视觉的大堆物料体积测量方法研究ResearchonMeasurementMethodforPilesofMaterialVolumeBasedonBinocularStereoVision作者毛琳琳专业领域控制工程校内导师许宏陈锡爱校外导师杨天明高工申请学位工程硕士论文类型应用研究二〇一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留、使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日致谢从懵懵懂懂到各方面变得日渐成熟，就这样拥有了充实而美好的三年量院回忆时光。在过去的三年里我成长了很多，也学到了很多，但这些进步都离不开那些关心爱护我的人对我的帮助。首先要感谢我的导师许宏博士，感谢许老师像朋友又像家人的照顾温暖了我学习和生活的方方面面。从课题选择一直到毕业答辩整个过程，许老师都像家人一样帮助我，让我受到了很大的鼓舞。为了我的毕业论文，许老师放弃了很多自己的时间帮助我引导我，这种无私奉献的精神和敬业的态度着实令人感动。其次，赛南114的陈锡爱和王凌老师以及对门卫东老师在过去的三年学习生活中给了我许多帮助。特别是陈锡爱老师，在自己很忙的情况下只要我有什么问题都会耐心解答，主动帮我找到解决问题的入口。陈老师的专业知识很好的引导了我，陈老师的人格魅力深深感染了我，能在陈老师的帮助下学习这一过程本身对我就是一个很好的体验和收获。对此我表示衷心的感谢。课题的顺利完成离不开赛南114全体实验室战友的帮助和理解，在陈文全、李乐宝、刘芳璇师兄的鼓励和帮助下，在韩璐、陈长骏、张清华、赵文杰、杨海龙、沈佳丽、周志龙等同学的陪伴和支持下让过去的三年变的格外美好而充实。感谢大家在这么多个日日夜夜给我带来的感动和美好，这将是我以后乃至一生最宝贵的财富。最后，感谢爸爸妈妈二十几年的养育，没有你们阳光般温暖而伟大的爱就没有我现在快乐而健康的成长。是你们教会了我怎样做人怎样学习怎样生活，这笔财富我一生都会受用。总之，再多的言语都抒发不了我对帮助过我的师长同学朋友的感谢，在此唯有再次表达我真挚的谢意，感谢有你们这样一群可爱而无私的人一直帮助指引着我，为我的学习生活增添了许多精彩。毛琳琳2015年6月I基于双目立体视觉的大堆物料体积测量方法研究摘要：目前对矿山、港口、大贸易市场、粮仓等大堆物料的处理和使用日益增多，而对体积庞大形状不规则的物料尚无适当的测量方法，因此设计一个快速实时测量这些大堆物料的系统对于方便生活生产等具有很大的现实意义。本文基于双目立体视觉应用背景，提出对大堆物料进行体积检测的课题，设计了一套大堆物料体积测量系统。在相机畸变标定和几何校正的前提下，分别获取双目摄像机的内部和外部参数信息，同时对双目立体视觉的坐标参数进行了标定。在滤波和灰度拉伸等图像预处理方法有效增强获取图像质量的基础上，分别检测获取了双目摄像机成像图像的各自特征点。然后通过图像匹配和三维坐标变换有效还原了大堆物料的三维信息，并最终实现了大堆物料的体积测量和重量估测。本文利用双目立体视觉平台，对空间大堆物料进行三维重构，获取物料体积之后结合物料密度最终获得物料的重量。由实验数据分析可知各项误差均在合理范围之内，完全符合实验的实际应用要求和操作需要。通过课题的研究对矿山、港口等大堆物料进行体积的实时测量提供了可行性依据，具有良好的实用性和研究价值。关键词：双目立体视觉；相机标定；三维重建分类号：TP391；UDC：621IIResearchonmeasurementmethodforpilesofmaterialvolumebasedonbinocularstereovisionAbstract：Currently,processingandusingoflargevolumematerialsofmines,ports,largetrademarket,granary,etc.isincreasinggradually.Butthereisnosuitablemeasuringmethodforbulky,irregularlyshapedmaterials,Thereforeithasgreatpracticalsignificancefortheconvenienceoflivingandproductiontodesignasystemwhichisabletomeasuretheselargevolumematerialsrapidlyinrealtime.Inthispaper,theissueoflargevolumematerialsmeasurementwasproposedbasedonbinocularstereovisionandameasurementsystemforlargevolumematerialswasconstructed.First,thecamerawaspreprocessedbydistortioncalibrationandgeometriccorrectionmethodsandtheinternalandexternalparametersofbinocularcamerawereobtainedandthecoordinateparametersofbinocularvisionwerecalibrated.Thenthequalityofimagesobtainedbycameraisenhancedbyfilteringandgraystretchingmethodstoobtainfeaturepoints.Finally,thethree-dimensioninformationoflargevolumematerialswasreconstructedbyimagematchingandthree-dimensionalcoordinatetransformationanditsvolumeandweightwereevaluated.Thispaperprocessedthree-dimensionalreconstructionoflargevolumematerialsusingbinocularstereovisionplatform.Thenthevolumeofmaterialswasobtainedandtheweightofitwascalculatedtakingintoaccountitsdensity.Theerrorsoftheresultswerewithinareasonablerangeandfullycompliantwiththerequirementsofthepracticalapplicationandoperationalneeds.Theresearchprovidesfeasiblebasisforrealtimemeasurementsofthevolumeofmines,ports,etc.thereforeithasexcellentpracticabilityandresearchvalue.Keywords：Binocularstereovision;CameraCalibration;Three-dimensionalreconstructionClassification：TP391；UDC：621III目次摘要….......................................................................................................................Ⅰ目次……...................................................................................................................Ⅲ图和附表清单……...................................................................................................Ⅴ1绪论.......................................................................................................................11.1课题的研究背景及意义..................................................................................11.2机器视觉..........................................................................................................21.2.1机器视觉概述..............................................................................................21.2.2机器视觉的发展和系统构成......................................................................31.2.3机器视觉的应用领域..................................................................................61.2.4机器视觉面临的挑战..................................................................................71.3本文的主要研究内容及组织结构..................................................................81.3.1主要研究内容........