● 摘要
物体的表面磨耗会影响到物体的安全使用以及使用寿命。对物体表面磨耗进行及时准确地检测，对于保证物体的正常工作非常关键，在现代工业生产中有着十分重要的意义。随着现代化加工环境的不断改进和完善，如何准确快速的测量表面磨耗是近年测试测量领域的一个热点。传统的表面磨耗检测多采用手工离线测量或机械扫描测量，但手工测量效率低且测量精度易受人为因素影响，机械扫描测量属于接触式测量，操作复杂、成本高，且接触式测量易损坏传感器。论文基于激光视觉测量技术对物体表面磨耗测量进行了研究，针对激光视觉测量表面磨耗涉及的关键技术，从理论、方法和实验上进行了较深入的研究和讨论，并实现了钢轨表面磨耗参数的非接触动态测量。本论文的主要研究内容如下：1．详细地分析了表面磨耗的激光视觉测量原理，摄像机的成像模型，基于二维模型的激光视觉测量原理以及基于三维模型的激光视觉测量原理；2．分析了摄像机模型参数的标定方法、基于二维模型的激光视觉传感器标定方法以及基于三维模型的激光视觉传感器标定方法，并分别进行了标定实验；3．提出了一种基于未知世界坐标共线特征点的未校准摄像机畸变校正算法以及基于预计算模板的快速实现方法。利用直线的透视投影不变性，在未知摄像机内外部参数和特征点的世界坐标情况下，实现镜头畸变的快速校正。该方法需要已知条件少，算法简单，易于实施，算法的计算速度快；4．提出了一种基于ROI的激光光条图像特征提取方法。提出了一种大模板递归高斯滤波激光光条图像特征高精度提取方法，该方法利用高斯卷积递归实现计算激光光条上各点的Hessian矩阵，由此确定激光光条各点的法线方向，然后在法线方向利用泰勒级数展开求得激光光条中心的亚像素图像坐标；5．研究了钢轨磨耗激光视觉动态测量的关键技术，提出了一种测量钢轨轮廓与标准钢轨轮廓自动对准方法，并给出了钢轨磨耗激光视觉动态测量的实验结果。论文所研究解决的激光视觉磨耗测量关键技术，为表面磨耗的非接触测量提供了一种有效途径，进一步拓宽了激光视觉测量技术的应用领域，所研究的钢轨磨耗动态测量系统为保障我国铁路安全运营具有重要的意义。