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基于计算机视觉的铁路罐车容积计量的研究与实现

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第一章引言

1.1计算机视觉国内外研究现状

1.2罐车检定现状

1.3基于视觉的三维测量技术发展趋势

1.4本文完成的主要工作及意义

第二章特征点的提取及匹配

2.1引言

2.2人工特征标志

2.2.1普通标志

2.2.2编码标志

2.2.3回光反射标志

2.2.4其他标志特征

2.3特征点提取

2.3.1 Moravec方法

2.3.2 Harris算法

2.3.3 SUSAN算子

2.4特征点匹配算法

2.4.1匹配约束性

2.4.2特征匹配的基本算法

2.4.3特征匹配策略

2.5算法实现

2.6小结

第三章摄像机标定

3.1引言

3.2最小二乘法的参数估计

3.2.1线性最小二乘法

3.2.2非线性最小二乘法

3.3摄像机成像模型

3.3.1摄像机线性模型

3.3.2摄像机非线性模型

3.4典型的摄像机标定方法

3.4.1 Tsai摄像机标定法

3.4.2 Weng摄像机标定法

3.4.3基于平面模板的摄像机标定

3.5摄像机标定算法实现

3.6图像的畸变矫正

3.5.1病态问题

3.5.2图像矫正算法

3.7小结

第四章三维重建

4.1引言

4.2立体视觉与三维重建

4.3外极线几何

4.3.1外极线几何意义

4.3.2外极线几何的数学描述

4.4基本矩阵F

4.4.1基本矩阵F的线性求解算法

4.4.2基本矩阵F的非线性求解算法

4.4.3鲁棒算法求解基本矩阵F

4.5运动视觉三维重建

4.5.1求解本质矩阵E

4.5.2计算摄像机外参数

4.5.3计算空间点三维坐标

4.6三维点阵配准拼接

4.7小结

第五章不确定性分析

5.1不确定性描述

5.1.1引言

5.1.2几何概率论

5.2不确定性计算

5.3计算机视觉系统不确定性分析

5.3.1特征点的不确定性

5.3.2摄像机标定的不确定性

5.3.3三维重建的点的不确定性

5.4小结

第六章实验设计及结果分析

6.1实验步骤

6.2数码相机及其标定

6.3现场拍摄以及图片的畸变矫正

6.4三维重建

6.5曲面拟合

6.6不确定性分析

6.7小结

结 论

参考文献

致谢

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摘要

铁路罐车是国家法定强制检定的计量器具,传统的容积计量方式由于存在着技术落后、操作受人为因素影响较大、使用经验公式等问题导致罐车容积计量不能保证精度要求。而基于光学、数字图像与计算机视觉的测量技术能快速、准确地获取物体的三维信息,因此开展本课题研究具有重要的理论意义和实用价值。 本文在分析研究大量相关技术和文献的基础上,针对目前存在的问题,采用理论分析与实验研究相结合的方法,对集成光学、数字图像处理和计算机视觉信息的罐体表面这种大型复杂曲面便携式快速三维测量中的关键技术进行了较深入系统的研究。 论文首先将人工特征标志引入视觉计算,通过在亚像素级提取人工特征点,采用人工交互的方法对像素点对进行匹配。 论文建立了线性与非线性摄像机模型,分析比较了几种不同的摄像机定标方法,实现了一种基于非线性最小二乘算法的结构再投影平面模板摄像机标定算法。然后利用标定结果对拍摄图片进行了畸变的矫正。 论文介绍了立体视觉的三维重建原理和极线几何约束关系,在分析比较了基础矩阵的不同的计算方法后,在摄像机标定和图片畸变矫正的基础上,提出了运动视觉三维重建和三维点阵的拼接算法。 接下来为利用几何概率理论对整个计算机视觉系统的不确定性分析。最后通过实验过程对整个技术路线的可行性进行了验证。

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