鲁棒的三正交灭点摄像机自标定算法

基于三正交灭点的摄像机标定算法对相对位姿敏感度高,采用随机获取的图像进行标定合格概率低,针对这个问题,提出了一种鲁棒的三正交灭点摄像机自标定算法。该算法通过求取内参数标定不确定度最小意义下的最优权值,对单幅图像三正交灭点标定结果进行加权,得到优化的标定结果;并在加权方法的基础上,引入随机采样策略剔除由于粗大误差或灭点分布退化引起的外点图像,提高多幅图像三正交灭点标定算法的稳定性和精度。仿真及实物实验结果证明算法标定的稳定性和精度较现有算法有显著提升。     

基于改良天鹰优化器的单目相机标定方法

为了提高相机标定精度，提出一种基于改良天鹰优化器的单目相机标定方法：通过张正友标定法计算得到单目相机的内外参数，根据所得相机参数计算标定图像中所有角点的平均重投影误差并建立目标函数，采用经过自适应分配机制、动态补偿策略以及非线性潮汐策略改良的天鹰优化器进行优化，获取最优的相机标定内部参数和畸变系数，从而提高相机非线性标定过程的寻优精度。实验结果表明，改良天鹰优化器算法在不同基准测试函数上寻优结果优越，本文提出的相机优化标定方法得到的标定结果精度更高，重投影误差为0006 pixels。     

一种机器人视觉系统自动标定方法研究

本文介绍了机器人视觉系统标定的现状,以及现行标定方法的优缺点。在相机固定、机器人末端执行器在平面内运动的场合,本文利用机器人系统的通讯功能,触发相机对同一目标位置在拍照平面内多次移动机器人末端执行器的位置进行拍照,然后通过机器人程序记录多组图像点、机器人坐标点,并引入最小二乘法进行标定图像点、机器人坐标点关系,并编写相关机器人程序自动计算标定的关系因子,并进行了可靠性验证,证明了改进法计算出的工件坐标误差比常规两点方法计算出的工件坐标误差大大减小,提高了标定的速度、便捷程度、标定精度。     

基于三维重建的绝缘子覆冰图像监测

提出了一种基于图像的三维重建的绝缘子覆冰在线监测方法。该方法运用计算机双目视觉技术,通过2台位置不同的摄像机采集2幅绝缘子覆冰图像,在对摄像机进行标定后,利用图像间的视差计算出覆冰绝缘子在三维空间的坐标,重建出覆冰绝缘子的三维模型,再由三维点云模型计算得到绝缘子覆冰的厚度及重量。应用所提出方法对多组实测图像进行三维重建和比较分析,结果表明该方法能够准确计算绝缘子覆冰的厚度和重量,还可反映绝缘子覆冰的厚度分布特征。     

多摄像机标定技术研究

摄像机标定是获得世界坐标系中三维点坐标与其摄像机坐标下二维点坐标对应关系的过程,是三维视频监控重建系统的重要环节。传统标定方法,针对一台摄像机,没有考虑多摄像机的应用情况。本文利用传统单摄像机标定方法以及多摄像机具有公共可视平面进行多摄像机标定,使多摄像机标定不再是独立的完成,提高了标定的稳定性和准确性。实验中,利用摄像机公共可视平面的标定板进行标定,通过像素误差来验证实验结果。     

精确三维数据测量的双目视觉系统优化设计

针对绝缘斗臂车空间机械臂中的双目视觉系统,文章研究了视觉系统中两个全景相机参数的最优设计和标定问题,构造了对系统中摄像机位置、方向和镜面形状等因素进行优化配置后的模型,以获得更高的三维数据测量精度。为了构造最佳视觉系统配置,根据数据计算过程中的误差传播分析、图像像素量化精度和角度分辨率变化,推导了三维测量误差模型的解析公式。然后,将该公式用于框架优化中,能够针对不同形状的系统设置环境找到最佳系统配置。对于具有长方体三维测量区域和相机放置区域的常规情况,利用所提出的解析公式推导其系统配置的次优解,并证明了该次优解的精度趋近于其最优解。最后,仿真和实际应用案例的实验结果表明了所提出方法可有效提高双目测距的准确性与鲁棒性,且运行速度较快。     

数码相机内部参数标定

研究了基于2D平面靶标的数码相机标定,利用数码相机拍摄靶标图片,通过直线拟合和RQ分解将得到的景点坐标代入三维坐标模型方程求解数码相机参数模型,其中相机内部参数包括有效焦距、光学中心、径向畸变和切向畸变。采取二次拟合方法可进一步提高内部参数计算的精度,用于数码相机拍摄图像的外部参数进行计算。     

航空航天相机成像性能测试系统研究

在航空航天相机的研制过程中,为了测试与评估其整机系统的成像性能,针对相机高分辨率、高量化位数和高帧频的特 点,研究开发了一套基于千兆以太网的航空航天相机成像性能的测试系统。 在测试系统中应用 FPGA 完成千兆以太网协议实 现图像数据的高速传输,通过上位机实时显示图像并进行图像处理与计算,经过对调制传递函数的理论分析,确定采用对比度 法计算获得相机的调制传递函数(MTF)。 实验验证了图像数据实时显示的可行性与图像数据传输的正确性,同时使用 3 种不 同型号的相机获取了不同分辨率 2 048×2 049、2 564×2 162、2 045×256 的测试图像的 MTF 值,通过获取 3 组数据的标准差,并 与传统人工测试方法的对比分析,实验表明,该测试装置大幅提高了测试效率和测试精度,实现了整体系统成像性能的实时 评价。     

基于数字图像的空间测距的研究

针对"定标物定标法"中需要已知定标物空间位置,对此问题提出了一种基于数字图像的测距原理。该方法通过设置具有简单几何属性的定标物和定标标尺,分步标定相机的内部参数矩阵K,旋转矩阵R、位移向量T及导轨方向向量E,建立相机与被测物体的空间关系。在相机导轨的两个位置分别采集被测对象的清晰图像,利用基于数字图像的空间测距数学模型,即可求解空间两点的空间距离。实验结果表明具有数学模型收敛性好、定标精度高、试验模型简单的特点。     

基于虚拟双目视觉的高速摄像机自动标定系统

虚拟双目视觉测试是基于一台高速摄像机和两面平面镜实现物体的三维重建,重点需解决传统双目视觉测试存在的同步性和成本高的问题。摄像机内外部参数的标定是测试精度的重要保证,为解决标定过程需要人工干预、处理过程繁琐等问题,基于虚拟双目视觉原理和张正友标定法,设计了高速摄像机参数自动标定系统,通过外部触发电路控制安装在云台支架上的标定板自动转动,实现不同角度标定板图像的自动拍摄,通过OpenCV计算机视觉库对图像进行自动处理,得到高速摄像机的内外部参数,最后验证了高速摄像机自动标定系统的准确性和实用性,为后续三维重建和动态三维测试提供了基础。     

采用射影几何的圆阵靶标中心像点快速提取

圆阵靶标广泛应用于三维测量和相机标定。在相机的透视投影作用下,靶标上圆形标记点退化成椭圆。然而,椭圆的几何中心并非圆形标记点在像面上的圆心投影。为此,本文利用射影变换下共点、共线等几何不变性质,提出了一种基于射影几何的圆阵靶标中心像点快速提取算法。首先,经过边缘检测、形状滤波及亚像素边缘提取,拟合椭圆得到一般方程;其次,通过射影变换矩阵计算靶标坐标轴方向上的两个消隐点坐标;最后,利用透视不变性原理将消隐点与椭圆一般方程联立解出椭圆的两组公切点坐标,两组切点连线的交点即为圆形标记点在像面上的圆心投影。实验结果表明：与传统搜索公切点方法相比,本文提取中心像点的重建平均距离降低了32.34%,实现了圆形标记点的精确定位,并大幅简化求解过程,具有较强的实用性。[基金项目 国家自然科学基金（62173127,61973104,61803146）、中原科技创新领军人才资助项目（224200510008）、河南省优秀青年科学基金（212300410036）、河南省高校科技创新人才支持计划（21HASTIT029）、河南省高等学校青年骨干教师培养计划（2019GGJS089）、河南省科技攻关项目（212102210169,212102210086）、郑州市协同创新专项（21ZZXTCX06）、河南工业大学自科创新基金支持计划（2020ZKCJ06）、河南工业大学青年骨干教师培育计划（21420080）、粮食信息处理与控制教育部重点实验室开放基金（KFJJ2020107,KFJJ2020111,KFJJ2020114）。]     

隧道洞外亮度自动数码测试分析方法研究

针对公路隧道洞外亮度L20（S）的自动测试分析方法开展研究,通过理论分析得到数字图像灰度值与曝光量之间呈线性关系,给出了数码成像过程中所拍物体各点的亮度计算公式,采用数码成像技术测试隧道洞外亮度步骤、数码相机感光特性曲线的标定方法以及测试数据处理方法,对都江堰至汶川高速公路上两座已通车运营的隧道进行了现场测试分析,验证了测试方法。最终建立起基于数码成像技术的公路隧道洞外亮度自动测试方法。     

光流点匹配跟踪的薄壁件振动模态测试方法

针对传统模态测试方法存在获取信息有限和附加质量、已有非接触模态测试方法需进行复杂图像处理等问题,提出了光流点匹配跟踪的薄壁件振动模态测试方法,避免了需逐帧进行特征分割、提取等复杂的图像处理。首先,建立了面内振动视觉测量的成像模型,通过相机标定获取工业相机的内、外参数并进行了误差分析。研究了基于光流视觉测振的原理与方法,该方法通过单目相机采集带特征点的结构振动序列图像,运用金字塔的Lucas-Kanada算法进行光流点匹配跟踪,进而获得亚像素级特征点的振动信息,在此基础上进行模态参数辨识获得模态参数。基于提出的方法搭建了薄壁件振动模态测试系统,对薄壁梁进行了振动模态测试实验,并与激振器扫频测试结果和有限元仿真结果进行了对比分析。实验结果表明,固有频率误差在5%以内,模态振型一致,从而验证了提出方法的正确性,为薄壁件的振动模态测试提供了新方法。     

基于两种不同内点法的最优潮流建模与仿真

用预测-校正内点法(predictor-corrector interior point method,PCIPM)最优潮流算法对原-对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)最优潮流算法进行改进。该方法在进行泰勒展开时保留了高阶项,首先通过修正方程计算仿射方向,在计算得到仿射扰动因子后回代入修正方程得到校正方向,进而得到修正量。最后用MATLAB语言编程实现了利用原-对偶内点法和预测-校正内点法进行潮流优化计算,并用不同算例进行了仿真验证。仿真结果表明预测-校正法具有比原-对偶法更好的收敛性。     

多探测器拼接成像系统四维标定平台

为了满足多探测器拼接成像系统像素级精度的图像拼接要求,需要对各探测器的空间位置进行精确标定,构建了基于经纬仪角度补偿功能的高精度四维标定平台。平台由两个直线导轨和载物台搭建的二维平移台、改造式发光经纬仪和伺服控制器三部分组成。首先,由发光经纬仪提供无穷远目标源,发出带有十字丝的图案。然后,通过求解运动位移方程,控制二维平移台和经纬仪运动到指定位置,将十字丝分别成像在每个探测器靶面中心,完成各探测器的装调标定。最后,对标定平台的对准精度进行了误差分析。实验结果表明:二维平移台的安装误差在经纬仪的角度补偿范围内,四维标定平台的水平角和垂直角对准精度均高达5″,可实现多探测器拼接成像系统的精确标定。     

路面病害巡检评估系统中的裂缝检测技术

由于使用手持设备的网络型混凝土路面病害巡检评估系统与车载道路检测系统的病害图片处理方法不同,针对使用手持设备的网络型混凝土路面病害巡检评估系统提出一种基于图像处理的可纠正图像畸变的混凝土路面裂缝检测技术。1)使用张定友法对摄像头进行标定,获得摄像头内外参数;2)对路面病害图像进行预处理;然后,通过阈值分割法检测出路面裂缝,根据背景连通域数量的差异,实现了裂缝分类;通过投影法对出横、纵和斜向裂缝实现分类。3)对线性裂缝提取裂缝骨架细化并根据实际版块长宽,求出裂缝长度、平均宽度等病害参数;对于网状裂缝通过求其最小外接矩形计算其破损面积。     

从透视投影图象到立体结构的逆变换

本文基于“射线比”的概念,提出了一种从物体的一幅透视投影图象(如照片)到其立体结构的逆变换原理及方法,并给出了简单而有效的公式,以及点的逆变换算法.本文还给出了当透视投影图象的主灭点为未知时,根据长方体的透视投影,计算其主灭点的坐标及透视变换参数r的计算公式.     

一种基于加性噪声的通用隐写分析算法

隐写的过程相当于在原始载体图像中加入噪声"(隐写噪声"),针对加性隐写噪声模型,从突出隐写噪声的角度,利用自然图像相邻像素之间具有一定相关性和统计对称性的特点,提出一种新的通用隐写分析算法。该算法首先利用预测计算得到被分析图像的最大和最小预测误差图像,然后对这两幅预测误差图像计算联合概率分布统计矩阵作为特征向量,最后使用支持向量机(SVM)完成隐写检测。针对三种常用的隐写算法:LSB替换、LSB匹配以及LSB匹配改进算法的隐写结果进行检测,和目前典型的隐写分析算法对比,实验数据表明了该算法的有效性。     

基于摩擦前馈的航空相机像移补偿复合控制

为减小位角控制系统中电机的摩擦非线性特性对航空相机位角控制系统像移补偿控制效果的影响,研究基于摩擦前馈的复合控制方法,实现对摩擦干扰的有效抑制。首先,分析并选用了简化的带有摩擦扰动环节的系统数学模型,选择LuGre摩擦模型描述为摩擦行为。然后,通过参数辨识的方法获得擦模型参数,在系统力矩综合点处根据力矩平衡原理设计摩擦前馈补偿通道的调节器。最后,应用该方法设计了带有摩擦前馈补偿的航空相机像移补偿复合控制器。实验结果表明:与先进PID方法进行比较,该方法改善了摩擦非线性对系统动态响应过程和速度平稳性的影响,稳态调整时间提高了34%,稳态精度提高了24%左右。     

铁路视频监控中基于多算法结合的图像拼接

针对铁路视频监控系统中单个监控摄像头视角范围有限的问题,提出一种用于扩大监控视角的图像拼接方法。首先提出一种简单的输入图像排序算法,对输入的两张具有部分重叠的图像进行自动排序,可以提高监控系统的可靠性和图像的配准精度;然后采用尺度与旋转不变的SURF算法提取特征点,并用改进的RANSAC算法剔除误匹配点,进一步保证了图像配准的精度,使正确匹配的特征点达到总数的80%以上;最后以渐入渐出法进行图像平滑过渡融合,消除了由于光照引起的图像拼接缝隙。实验表明,本方法在图像拼接的速度和精度上取得了较好的效果,适用性较强。