基于双目立体视觉的机械零部件三维重建.pdfVIP

摘要

在机械零部件制造过程中，存在各类缺陷问题，从而导致机械零部件存在尺寸、

曲率等参数的误差，例如设计缺陷、材料缺陷以及制造工艺缺陷等。这类机械零部件

残次品轻则全部返厂重造，重则引发安全事故。因此，产品的三维尺寸检测是机械零

部件制造过程中的重要一环。而常见的产品三维尺寸检测为人工检测，该检测方法不

仅人为误差大，且效率低下，更甚者会对产品造成损伤。因此，本文采用一种基于双

目立体视觉的机械零部件三维重建的技术，还原出机械零部件表面尺寸，并且使其可

视化，对相关的立体匹配、点云配准技术进行改进，提升了三维重建的精确度。

在立体匹配阶段，针对在机械零部件表面光滑造成的光照不均衡，以及部分机械

零部件有大量弱纹理、复杂纹理区域等问题。提出了一种基于改进AD-Census变换与

分区域聚合的立体匹配算法。该方法改进了AD-Census算法的传统代价匹配方法，并

在代价聚合阶段将图像分为边缘和平滑区域进行聚合。在MiddleburyV3.0版本的测试

平台上对该算法进行评测，实验结果表明，所提算法具有较高的匹配精度，且对光照

及噪声有较好的鲁棒性。

在点云配准阶段，针对点云的数量规模大所造成点云配准低效率的问题，以及点

云数据存在大量离群点与噪点的问题，提出了一种基于ISS(IntrinsicShapeSignatures)

特征点结合KD树改进的ICP（IterativeClosestPoint）的点云配准方案。该方案引入了

ISS特征点云提取方法，之后用采样一致性初始配准（SAC-IA）算法再结合点云关键

点的FPFH特征描述完成初始配准，最后用KD树对ICP进行加速完成精配准。实验结

果表明，所提算法有效的减少了计算量，提升了运算效率，同时也有不错的点云配准

效果。

最后在双目视觉三维重建系统设计中，选用LSM22100双目相机搭建硬件平台，

实现了对机械零部件的三维重建工作，验证了所设计的双目视觉三维重建系统的可行

性。

关键词：三维重建；立体匹配；点云配准；双目立体视觉；特征描述

I

Abstract

Inthemanufacturingprocessofmechanicalparts,thereareallkindsofdefects,which

leadstotheexistenceofmechanicalpartssize,curvatureandotherparametersoftheerror,

suchasdesigndefects,materialdefectsandmanufacturingprocessdefects.Thiskindof

mechanicalpartsdefectiveproductsarelightallthewaybacktothefactorytorebuild,heavy

causesafetyaccidents.Therefore,thethree-dimensionaldimensionalinspectionofproductsis

animportantpartofthemanufacturingprocessofmechanicalparts.Thetraditionalthree-

dimensionaldimensionalinspectionofproductsformanualinspection,thedetectionmethod

isnotonlyalargehumanerror,andlowefficiency,orworse,willcausedamagetothe

product.Therefore,thispaperproposesathree-dimensionalreconstructionofmechanical

partsbasedonbinocularst