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随着工业自动化程度的提高,三维重建技术已广泛应用于机械零件的三维测量、产品的缺陷检测以及机械装配的误差检测中。三维模型的准确重建是得到良好检测效果的先决条件,本文在分析了现有三维重建系统优缺点的基础上,综合考虑系统搭建成本和三维重建难易程度,最终采用工业机器人搭载单目相机的方案,构建了一个结构简单、操作方便、重建物体还原程度高的三维重建系统。本文主要工作内容有:(1)为保证单目相机能够平稳地拍摄多幅图像,同时躲避待重建物体和空间障碍物,对工业机器人进行运动分析和轨迹规划。介绍了空间物体位置和姿态的描述方法以及各坐标系间的相互转换,建立了基于标准D-H参数的机器人运动学模型,并对该模型进行正逆运动学求解,在现有轨迹规划理论基础上提出一种改进的轨迹规划方法。(2)分析了小孔成像原理,构建了针孔相机模型,其中包括像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系、世界坐标系以及各坐标系间的转换关系。利用对极几何约束求解基础矩阵和本质矩阵得出相机外参数的方法,建立了空间三维点与二维平面点的对应关系。(3)阐述了基于点特征的三维重建技术,其中包括经典特征点检测与匹配算法SIFT和SURF、稀疏三维点云重建算法、稠密三维点云重建算法、基于隐式函数表面重建算法中的浮动尺度表面重建算法,以及各算法的实现原理和详细流程。针对小范围场景中重建模型存在大量冗余面片的问题,在浮动尺度表面重建算法的基础上,通过引入归一化互相关系数作为顶点置信度,并约束面片中顶点数量的方法去除冗余面片。(4)搭建实验平台,验证算法合理性。首先对提出的轨迹规划算法进行Matlab仿真实验,实验表明,改进的轨迹规划算法可以保证单目相机在躲避空间障碍物和重建物体的前提下,平稳地对重建物体拍摄多幅清晰图像,同时有效消除了机械臂在运行过程中的振动和磨损;然后对农用三轮车手刹支架进行三维重建,实验证明,本文采用的冗余面片去除方法可以有效去除冗余面片,得到可视性强、精确度高的三维重建模型。