一种视觉惯性系统位姿高精度一体化标定方法

在视觉惯性定位系统中，传感器位姿关系的标定对于实现精确空间定位至关重要，针对现有标定方法对多传感器系统缺乏集成性、标定精度受限等问题，提出了一种视觉惯性系统位姿高精度一体化标定方法。通过精密三轴转台提供角度基准，基于重力矢量不变性和匀速圆周运动下向心加速度数值的一致性求解惯性测量单元（IMU）与转台之间的外参，利用转台构建控制场为相机标定提供空间角度约束，联合优化求解无重叠视场多相机内外参。仿真和实验结果表明，该方法具有较高的标定精度和稳定性，在多相机IMU系统组合定位测试中，与经典标定方法 Kalibr相比，本文方法系统运动轨迹拟合轴线的角度偏差降低40.32%，距离偏差降低18.93%，可满足高精度视觉惯性定位系统的标定需求。     

基于编码立体靶标的高精度双目相机标定

为提高双目相机标定的精度和效率，本文提出了一种基于新型编码立体靶标并结合高精度参数优化的双目相机标定方法。新型编码立体靶标通过整合4个空间姿态不同的编码平面靶标，只需拍摄一次即可完成双目相机标定，有效提高了标定效率；每个编码平面靶标内设置多个编码单元，在采集到局部靶标图像时仍能获得高精度标定结果；采用高精度参数优化方法，建立包含重投影约束、标准长度约束和共面约束的目标函数，有效提高了双目相机的标定精度。实验结果表明：相比于张氏标定方法，本文所提标定方法获得的左右相机平均绝对重投影误差分别降低了55.42%和57.22%，平均绝对标准长度误差降低了41.28%，平均绝对共面误差降低了63.04%。通过多次测量不同规格的标准量块，进一步验证了本文所提标定方法的可行性和有效性。     

基于Halcon的多视角相机标定技术的研究

相机标定是高精度机器视觉检测的关键步骤,为了提高机器视觉检测精度提出了一种同一平面四个相机独立视角的四目相机标定技术。与传统的双目相机标定不同,四个相机所观察的是不同视角且两两相机之间间距较大。实验证明标定精度能够达到标定距离精度为0.4,标定角度精度为0.015。此方法用在晶硅太阳能电池片二次印刷栅线对位系统中,在四目相机标定的基础上将待测对象转换到同一个世界坐标系上进行计算,有效地提高了检测结果的准确性。最终实验表明栅线水平偏移检测精度达20μm以内,角度偏移精度达0.01°。     

利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

复杂场景双目立体视觉测量精确定位系统研究

针对某复杂场景下对特定目标进行精确定位测量的 关键问题,依据双目立体视觉测量原理,结合OpenCV视觉开 发库标定摄像机内外参数,利用结果校准目标图像,借助于标靶类型进行图像区域分割并计 算出目标位置坐标,以此实 现精确定位测量之目的。研究结果表明,对于所确定的1.4~1.6m目 标测距范围,采用平行双目视觉测量模型和相机小孔 测量模型,获得了距离误差小于10mm、横向误差小于2mm和响应时 间小于350ms的测量结果,在满足实时性的同时具有较高的定位精度 。     

双目面结构光三重扫描测量系统温漂补偿方法

双目面结构光三重扫描是在条纹投影双目视觉重建的基础上,追加左、右相机与投影仪构成的单目视觉系统重建点云,在反光和凹凸起伏等表面测量应用上具有更好的点云完整性优势。但由于环境温度变化影响,投影仪产生较大温度漂移,导致双目重建点云与单目重建点云发生“分层”现象。为此,文中提出了一种基于正交条纹投影的三重扫描系统温漂在线补偿方法,通过投影仪投射正交条纹来构建双目重建点在投影仪图像中准确的映射关系,并基于双目重建点在投影仪图像中的重投影误差最小化目标函数来求解温漂补偿后的投影仪最优外参数。最后,以金属球和汽车零件作为被测对象进行实验验证,在不依靠标定板等先验信息及繁琐标定流程基础上,所提在线快速补偿方法可以使得双目点云与单目点云温漂量分别减小78.2%和94.3%,极大减轻了温度变化对于三重扫描点云数据拼接影响。     

热红外相机双目测距系统标定技术研究

针对双目测距系统相机模型标定过程中,热红外相机与常用可见光相机的成像原理、图像质量、信噪比等存在的差异,对比了两种标定靶标:由黑色氧化铝板和镀镍铝板制成的棋盘格靶标、由黑色氧化铝板和镀镍钕铁磁制成的圆形点阵靶标,并分析了以上两者的标定结果。研究结果发现圆形点阵靶标相较棋盘格靶标误差更小,但两者的标定结果模型均具有较高的精度,可满足后续双目视觉的特征点匹配需求。本次研究对于双目视觉在热红外谱段中的应用具有一定的参考价值。     

基于Halcon的多目摄像机标定技术

对双目立体视觉摄像机标定方法进行了分析,通过Halcon标定板快速求出双目摄像机的内参和外参。在此基础上进行扩展,分别对相邻的摄像机进行双目标定,通过刚性转换,借助Halcon平台丰富的函数算子,最后把8个摄像机统一到惟一的世界坐标系,达到多目标定的效果。实验证实了多目标定的可行性与正确性,突破了以往多数仅以双目摄像机系统进行三维测量的格局,为在特定情况下不能显示在惟一双目摄像机系统视野范围内的目标物体进行测量打下了坚实基础。     

基于虚拟双目的条纹结构光三维重建

为解决传统双目条纹结构光三维重建存在的同步性和成本高等问题,提出了基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法。采用单相机和两块双棱镜及投影仪设计了具有双目视觉功能的虚拟双目条纹结构光三维重建系统。通过双棱镜折射和分光改变被测对象表面反射光的路径,使用一个相机同时完成多视角的图像采集。通过多频外差法和立体匹配、双目标定得到被测对象的深度信息并重建点云。实验表明,文中提出的方法和真实双目结构光方法测量标准球的均方根误差分别为0.037 9 mm和0.030 5 mm。文中提出的方法可促进双目条纹结构光技术在快速、低成本、小型化等方面发展,同时该方法可推广到彩色相机条纹结构光三维重建及投影散斑结构光三维重建。     

基于HALCON的四目摄像机标定技术

针对立体视觉中常用的双目摄像机不能覆盖整个目标视野或立体匹配中误差较大而需采用多个摄像机的情况,基于机器视觉软件HALCON提出了一种四目相机的标定方法,对立体视觉标定原理进行了分析。利用HALCON丰富的算子进行了标定实验,实验证明通过刚性转换可以获得任意相机间的位姿关系,并说明了标定方法的正确性与可行性。     

低照度双目立体显著目标距离测定方法与实现

针对位置已固定的双目立体装置,提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法,减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题,采取了最大熵法结合整体光强变化的阈值选取方法提取显著目标,提高了目标识别率,搭建了显著目标测距系统.结果表明:采用文中的系统标定与阈值选取方法的双目立体视觉装置在低照度下具有较高的测距精度及目标识别率.     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

一种基于非参数模型的相机内参校准方法

影响大空间视觉三维坐标测量不确定度的主要因素有相机内参数、外部方位参数和特征成像质量.传统相机内参数校准方法需要参数模型化及全局最优化求解方法,会造成各内参数相关性过高,局部校准误差较大,对基于测角的测量方式不确定度影响较大、结合相机成像原理及垂线法,提出了一种基于物理参数校准的方法,对主点位置偏移、全视场范围非均匀镜头畸变等参数进行了精细校准.最后,以交比不变误差作为相机校准精度的评价方法,与传统校准方法的对比实验表明,该校准方法能够有效地提高测量不确定度指标,是一种简单、实用的校准方法.     

基于Matlab的计算机视觉测量中摄像机标定方法研究

本文以视觉测量系统中的摄像机标定为研究对象,以物体在摄像机上所成的像与物体实际的形状之间具有一定的函数关系为基础,以获得该函数参数为目的用Matlab进行摄像机标定。该方法利用了Matlab的工具箱及VC＋＋6.0编译软件,设计标定方法及软件程序,方便准确的完成了单摄像头标定和双摄像头的立体标定,得出摄像机的内部参数和外部参数,简化了标定求解过程,提高了标定速率,并具有良好的移植性,适合于其他视觉测量系统。     

基于双目视觉的硅棒直径测量方法

提出了一种在实验室环境下模拟工业现场在线测量多晶硅还原炉内硅棒直径的检测系统。该系统采用双目立体视觉测量的方法,首先采用双CCD获取硅捧模型的实时图像,并依次进行摄像机的标定、特征点的提取、立体匹配、然后通过特征点的三维坐标计算硅棒模型的直径。实验结果表明,硅棒直径的测量结果达到了还原炉工艺参数自动化控制所需的精度,并且该测量系统有效地避免了人工长时间目测造成的劳动强度大以及由于主观因素造成误差较大的缺点。     

鱼眼相机导引下的双目跟踪系统

在智能监控领域,鱼眼相机比传统摄像机拥有更大视野,然而由于其分辨率的限制及鱼眼图像畸变的影响,使得目标物的细节信息难以观察,为克服这个难题,搭建了鱼眼相机导引下的双目跟踪系统。该系统利用鱼眼相机进行全景观察,检测出目标物,采用角度拟合法求出目标物的方位角,通过云台控制双目相机精确定位到目标物,然后对目标物进行距离测量,并使目标在不同的位置进行实验。实验结果表明,系统能准确检测出鱼眼图像中的运动目标,角度标定精度达到系统要求,双目相机能准确测出目标物距离。该智能监控系统能够减小鱼眼相机畸变对检测结果的影响,具有检测视场广和检测精度高的特点,为智能监控技术提供了检测方法。     

单目结构光测量中参数自适应标定方法

针对结构光测量时手工调节相机参数易导致图像质量的随机性,进而导致标定精度的下降及调参环节重复繁琐的问题,提出了一种结构光测量的相机标定自适应调参方法。首先,设计了一套相机自动调参装置,根据三个调参环调节时的图像变化机理,选取标定板面积占比、图像清晰度及图像对比度三个参数,分别定义焦距调节环、对焦环及光圈调节环。其次,为实现相机的高精度标定自适应参数调节,针对传统Brenner函数的缺陷,通过一种改进的Brenner自动阈值函数,实现对图像清晰度的精确快速对焦,并对标定板图像感兴趣区域的前景与背景进行分割,计算图像对比度,根据标定的重投影误差,确定标定相机的最优调节区间,以自适应调参搜索控制方法进行标定参数调节。最后,为提高自适应标定调参时电机的搜索定位速度,建立了调参函数模型,并通过物距及像素长度自适应计算焦距。三维测量调参实验表明,相比于手工标定,基于提出的调参方法能在5 s内实现自动调参,且重投影误差减少66.57%。     

大尺寸视觉测量系统结构参数分析与试验研究

研究了基于大尺寸视觉测量系统的结构参数优化问题,图像传感器CCD外部姿态的优化布局可以提高测量精度。建立双目视觉测量系统结构的数学模型,对有效视场约束条件进行了数学描述。利用Matlab软件对不同结构参数进行仿真计算,结果表明被测点越靠近有效视场中心测量误差越小,而基线距越大以及基线与光轴夹角越大所产生的误差越大。最后,通过试验验证了摄像机外部姿态的误差影响特征正确性,从而为双目视觉测量系统的现场布置方法提供了依据。     

火力压制试验弹丸落点脱靶量测试方法研究

本文针对传统地面炸点测试系统受地形及机动条件约束无法满足试验火力压制科目中落点脱靶量测量的问题,提出研制一套在无人机上安装自动指向摄像系统的高空拍摄装置。利用地面设置的外定标完成摄像系统内部参数修正,通过像面修正和目标位置提取,实现弹丸地面落点的高精度测试坐标的获取。实验结果表明,利用本文建立的系统,相机的成像大小为727.9m×352.7m,成像精度能够满足弹丸散布范围纵向100m及横向300m的测试需求;在探测器像元数为4096×2048的情况下,相机的成像精度较高,满足测试精度的试验要求。本文方法具有重要的理论意义及应用价值。