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硕士学位论文 装载机主动防碰撞立体视觉监控系统，共77页。
【摘要】 由于工程机械机群协同作业时易发生碰撞等事故,装载机主动防碰撞技术的实现有着极其重要的意义。本论文来源于国家科技支撑计划课题“面向节能与安全的集成智能工程化机械装备研发”,以厦工XG958H型装载机为应用对象提出了一种立体视觉三维重建新方法,使用了双目视觉传感器和激光传感器对装载机实际作业时的场景进行三维重构,分析融合自然场景图和深度图于一体的三维场景图像达到监控报警目的,并将其应用于装载机主动防碰撞监控系统中。论文的主要工作包括以下内容：(1)研究了装载机主动防碰撞系统的现场标定方法。标定方法分为三步：第一,对主摄像机和辅助摄像机分别标定,得到它们的内参数；第二,使用位姿转换公式计算出它们的相对位姿；第三,创建激光扫描点坐标系与主摄像机图象坐标系之间的变换关系。(2)对自然场景三维信息获取方法进行研究。三维信息获取方法分为三步。首先对自然场景图进行区域划分,确定非特征区域和特征区域；其次,通过对自然场景图进行图像校正、特征点检测及匹配、三维坐标计算及校正和图像配准,获取到特征区域内基于双目视觉的局部深度图；最后让二维激光扫描平台扫描非特征区域,对该区域内激光光点三维信息进行拟合,获取基于激光扫描的深度图。(3)提出了一种三维场景图融合方法。三维场景图融合方法分为三步：第一步,使用“区域生长”的方法对自然场景图像进行分割,得到所有目标物所在区域；第二步,对于特征区域内的目标物,寻找正确匹配的灰度值,使用基于双目视觉的深度图像对其进行扩散填充,生成其的深度图像。对于非特征区域内的目标物,将基于激光扫描的深度图像投影其所在区域,生成它的深度图像。第三步,使用图像间“加运算”实现所有目标物深度图像的融合,获取相对于自然场景图的三维场景图。本文的创新之处有两方面。一方面在于通过对特征区域进行扩散填充和对非特征区域进行投影填充得到相对于自然场景图的三维场景图；一方面在于对双目视觉传感器和激光传感器进行融合得到三维场景图供驾驶员分析达到主动防碰撞的目的。
【关键词】 双目视觉； 激光扫描； 三维重构；

目录
摘要 I
Abstact Ill
绪论
1.1课题的研究背景和意义 1
1.2装载机安全防护方法综述 1
1.3机器觉综述 5
1.4本文的主要工作及内容安排 6
1.5本章小结 7
第2章装载机立体视觉监控系统总体设计及其现场标定方法.........9
2.1装载机立体视觉监控系统总体设计 9
2. 2装载机立体视觉监控系统单摄像机标定 11
2.3摄像机间相对位_定 16
2.4 二维激光扫描平台标定 18
2.5本章小结 21
第3章基于双目视觉的三维信息获取方法 23
3.1双目立体视觉三维测量原理 24
3.2图像校正 25
3. 3特征点检测及匹配 27
3.4三维坐标计算及坐标校正 31
3.5图像配准及基于双目视觉的局部深度图生成 33
3. 6本章小胃 35
第4章基于激光扫描的三维信息获取方法 37
4.1激光扫描策 38
4.2激光光点提取及其深度图像获取技术 41
4. 3灰度平?拟合 45
第5章三维场景图生成方法 49
5. 1自然场景图像区域分割 50
5. 2子区域深度图像生成 52
5. 3深度图像融合及三维场景图生成 55
5. 4本章小结 58
第六章总结与展望 59
参考文献 61
硕士期间的科研成果及科研项目 67

第一章绪论
1.1课题研究的背景和意义
为提高工程机械在复杂工况环境下协同作业的效率,避免由于场地狭窄造成的碰撞等安全问题,工程机械主动防碰撞技术应运而生。本文来源于国家科技支撑计划课题“面向节能与安全的集成智能工程化机械装备研发”,以厦工XG958H型装载机为应用对象,提出了一种装载机主动防碰撞立体视觉监控系统,以便给野外作业中的驾驶员提供实时的三维场景信息,减少安全事故发生的可能性。
1.2装载机安全防护方法综述考虑到工程机械机群协同作业时安全事故频发的状况,安全性问题得到了越来越多的重视。国内外专家在安全防护方法上进行了许多的研究。这些研宄主要集中于行走机构、工作装置、驾驶室设计以及保护装置四个方面。对于装载机的行走机构,国内外专家主要在制动系统以及转向系统上就驾驶的安全防护方法进行了许多研究。制动系统是装载机中非常重要的组成部分,是保证人身安全,确保轮式装载机正常运转的关键环节。唐云娟在文献⑴中改良了现有的装载机全液压制动系统,解决了全液压制动系统容易出现的制动踏板反弹、制动剧烈无点刹、行走过程中动力丢失、充液阀阀芯卡死和制动菜爆炸等问题,在制动系统方面大大提高了驾驶的安全性。余化在文献[2]中提出了一种釆用驱动桥内置湿式摩擦片式制动器,并在ZL60F轮式装载机上投入使用,从反馈的结果上可以看出该系统的安全性得到了提高。王展在文献"]中以装载机制动系统为背景,对全液压制动系统中的蓄能器充液阀和液压制动阔进行重点研究,通过对制动过程安全特性的分析提出了优化方案,有效地提高该制动系统的安全性。转向系统在装载机中起着非常重要的作用,其性能的好坏直接影响到车辆的安全性。张杨在文献[4]中按照等效变换原理,考虑系统轮胎刚度、桥荷分布和大惯性负载等因数的影响,将车体和轮胎组成的系统简化为质量和弹性元件组成的等效系统模型,选用频域分析和时域分析的方法对系统特性进行了钻研,并且合理的解释......