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1、第一章绪论11.1引言11.2研究课题来源、目的及意义11.3研究课题的国内外现状21.3空间与大空间定位技术发展现状21.3.2全方位视觉技术发展现状81.4论文完成的主要内容及论文结构101.4.1完成的主要工作101.4.2论文结构11第二章全方位视觉成像系统及其标定技术122.1引言122.2全方位视觉传感器分类122.3基于单双曲面镜的全方位视觉成像技术142.3.1基于双曲面镜的全方位视觉成像原理142.3.2双曲面反射镜设计 162.4二次折反射式全方位视觉成像技术162.4.1平均角分辨率的全方位视觉传感器设计182.4.2水平方向平均分辨率的全方位视觉传感器设计252.4.3
2、垂克方向平均分辨率的全方位视觉传感器设计262.5全方位视觉成像系统标定262.5单视点折反射全方位视觉系统成像模型272.5.2多项式数学模型的标定算法302.5.3标定实验及结果分析322.6本章小结34第三章信标节点及坐标的图像检测363.1引言363.2基于颜色属性的信标节点辨识363.3信标节点坐标提取383.3.1信标节点定位383.3.2信标节点亚像素定位393.4本章小结44第四章全方位视觉自定位原理及激光对准技术454.1引言454.2全方位视觉系统自定位原理464.2.1自定位算法464.2.2自定位算法仿真4943激光耙镜与激光器互对准534.3.1激光器对准激光靶镜53
3、4.3.2激光靶镜对准激光器554.4本章小结55第五章定位精度实验研究及其精度分析565.1定位精度实验565.1.1平移实验及结果分析575.1.2偏摆实验及结果分析615.2定位精度分析及改进措施63521误差源分析635.2.2改进措施635.3本章小结64第六章总结与展望656研究工作总结656.2研究工作展望66参考文献67攻读硕士学位期间发表的论文70VI插图清单图1.】多关节可移动式坐标测量系统3图1.2激光跟踪仪测最系统示意图4图1.3球坐标测量原理图4图1.4基于测长的多边形三维坐标测量系统5图1.5基于超声波的空间坐标测星系统5图1.6双经纬仪空间测量系统原理图6图 1.
4、7Indoor GPS 测量系统 7图1.8V-STARS测量系统 7图1.9流浪者机器人和拍摄的全方位图像 8图1.10全方位目标检测跟踪系统9图1.11全方位视觉的汽车驾驶辅助系统9图1.12全方位视觉视频会议中的应用10图2.1拼接式全方位视觉传感装置12图2.2鱼眼镜头及其拍摄的全方位图像13图23不同类型的折反射镜面13图2.4全方位视觉成像装置14图2.5双曲面镜全方位视觉成像系统成像原理示意图15图2.6全方位视觉传感器拍摄的全累图像16图2.7二次折反射全方位成像原理示意图17图2.8平均角分辨率折反射曲面数值解20图2.9平均角分辨率二次折反射镜曲线拟合图21图2.10三次样
5、条插值的二次反射曲线22图2.11二次折反射曲线拟合22图2.12平均角分辨率全方位视觉传感器线性拟合关系图24图2.13单视点折反射式全方位视觉传感器成像模型28图2.14不同中心点位置的反投影结果32图2.15标定实验拍摄的图像32图2.16OcamCalib工具箱运行界面33图2.17摄像机标定过程33图2.18反投影计算结果34图3.1红色属性提取效果图37vn图3.2信标节点检测流程图38图3.3信标节点辨识效果图39图3.4信标节点成像示意图40图3.5信标节点样式40图3.6人，勺与局部自适应函数特征之间的关系42图3.7亚像素角点检测43图4.1基于全方位视觉引导激光瞄准示意图
6、45图4.2组合信标节点在摄像机坐标系中的位貿47图4.3组合信标节点结构48图4.4全方位视觉系统自定位算法流程图49图4.5一次反射成像定位仿真流程图50图4.6二次反射成像定位仿真流程图51图4.7定位误差统计52图4.8信标节点定位误差对自定位误差影响52图4.9激光器模块结构示意图53图4.10全局坐标系下激光器对准靶镜示意图54图5.1定位实验信标节点安装位置和全局坐标系示意图56图5.2平移实验场彊57图5.3d=l000mm拍摄的全方位图像58图5.4偏摆实验示意图62图5.5偏摆实验场景图62VIII表格清单表2.1迭代计算初始值20表2.2平均角分辨率二次折反射镜拟合参数2
7、1表2.3不同视场范围下的拟合结果25表2.4全方位视觉摄像机标定结果34表5.1X轴方向定位结果（d=1000mm） 58表5.2Y轴方向定位结果（d=1000mm） 59表5.3斜方向定位结果（d=1000mm） 59表5.4X轴方向定位结果（d=600nun） 60表5.5Y轴方向定位结果（d=600mm） 60表5.6斜方向定位结果（d=600mm） 60表5.7偏摆实验结果 639第一章绪论第一章绪论1.1引言随着国家经济的快速发展和科学技术的不断创新，先进制造技术作为一项提 高国家综合国力的重要技术保证，被越来越多的国家列为重点发展计划。作为其 保障的先进检测技术也正受到越来越多的
8、关注。大空间、高精度坐标测量技术作 为一项基础支撑技术，为许多重大技术装备的方案设计和改进、工艺流程改进与 完善、制造过程严密控制，以及产品运行的安全可靠，提供了必要的原始数据信 息。目前我国发展势头较好的儿个重大技术装备生产和应用领域，如能源设备、 飞机、汽车、船舶等的制造和装配，都对大空间高精度测量技术提出了迫切的需 求。现有大空间高精度测量技术因为测量方式有限、操作繁琐、测琏效率低下等 各种限制，己不能足日益增长的大型设备制造业对大空间高精度测量技术的需求。 高效率、高精度的新型现场大空间测量技术作为空间儿何量测量研丸领域中的难 点、重点，已成为先进制造领域的前沿技术。1.2研究课题来源
9、、目的及意义本学位论文选题源自国家自然科学基金资助项冃：基于无线传感网络引导的 高精度超大空间坐标测量网络关键技术(51275149)。研究高精度超大空间坐标测 量网络由两个测量网络构成：多边激光测距网络用于重大装备几何参虽的精密测 量；无线传感空间定位网络实现标靶节点的空间粗定位，引导激光测距仪自动瞄 准，整个测量过稈自动完成。由于多边激光测距网络中激光瞄准的靶镜直径最大 为7cm,因此要求实现测量引导的空间无线定位网络的定位精度必须优于7cma 前期研究的基于超声波的空间无线定位网络优于存在信标节点布置过多、超声波 反射、易受环境影响等缺点，影响其在大空间定位中的应用。因此本文提出一种 利
10、用全方位视觉传感器(Omni Directional Version Sensor. ODVS)进行空间自定 位的方法，探索全方位视觉系统用于大空间定位测量的可行性°通过全方位视觉 系统对固定标耙空间位賈的测量，反求视觉系统自身在全局坐标系下的位置和姿 态，实现标靶节点的空间粗定位，引导激光测距仪自动瞄准，实现大空间的定位 测量.智能空间定位是将信息空间和物理空间进行融合得来。通常视觉传感技术获 得的是图像的二维平面信息而非三维空间信息，因此在用图像的平面信息解析信 息空间时就会遇到各种“病态”计算问题。传统的大空间视觉定位方法通常采用 双目或多目摄像机拍摄目标图像，基于多目摄像机的空间位置关系和特定算法解