现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。     

光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

稀疏点测量航空导管的圆柱拟合算法研究

航空导管是航空管路系统的重要组成部分,为保证导管质量需要对导管进行测量获得其几何参数。为获得导管几何参数需要对测量点进行空间圆柱拟合。目前已有的圆柱拟合算法需要稠密的点云,有时受限于测量时间和环境只能获得稀疏的测量点,过少的测量点影响了圆柱拟合的精度,无法准确获得导管几何参数。针对这一问题,提出一种通过计算点云投影点的圆度来选取圆柱拟合时的初值的圆柱拟合算法。算法首先将采集的点云分别投影到以各个单位向量为法向量的平面上,将投影点拟合成圆,计算其圆度;然后将圆度最好的一组单位向量作为拟合圆柱轴向的初始向量,对应投影圆的圆心坐标和半径作为圆柱轴心和圆柱半径的初始值;最后利用梯度下降法对圆柱进行拟合。实验结果验证了该算法不需要大量的测量数据就可以较为准确地拟合圆柱,可以用于航空导管几何参数获取。     

基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法

针对机器人存在的几何参数误差影响绝对定位精度的问题,提出一种基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法。采用修正的DH(MDH)模型建立了带几何误差的机器人运动学模型,根据工具中心点(TCP)实测点与误差补偿后的理论点应重合的原理,推导出误差辨识模型。为构建约束方程,利用平面和空间圆拟合,实现了测量坐标系到基坐标系的转换。通过仿真确定了可辨识的误差,初步验证了误差检测方法的有效性。搭建了误差检测实验装置,使用Handyprobe光笔测量仪进行了误差检测实验。误差补偿后,检验点组绝对定位误差均值减小81.02%,证明了基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法的有效性和可行性。     

空间点的立体视觉传感器标定方法

给出了一种基于随机空间点的立体视觉传感器高精度标定方法.该方法无需求解单个摄像机的内外参数,而是将立体视觉传感器透视变换矩阵中的元素作为未知量,当已知一组由高精度三坐标测量机提供的三维空间点坐标及其对应的图像点坐标时,即可利用奇异值分解法求解出各未知量的最小二乘解,从而避免了使用各类标定模板时由于加工和测量误差引入的标定误差.最后用标定过的立体视觉传感器对一组随机空间点进行三维坐标测量,与坐标测量机给出值进行比较表明,在误差最大的X轴方向,测量误差＜0.05 mm,在Y轴和Z轴方向,测量误差＜0.01 mm,证明了该方法的有效性.     

显微立体视觉小尺度测量系统的标定

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法,提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先,通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物,并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后,基于非参数化的光学畸变模型,采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场,并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后,利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置,验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数,并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明,采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%,能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。     

基于射影变换圆阵靶标中心像点的计算

在基于圆阵靶标的视觉测量系统应用中,投影椭圆的几何中心并不是圆中心像点。为此,提出了一种基于射影变换的靶标圆中心像点计算方法。在完成退化椭圆边缘的亚像素坐标提取之后,该方法通过迭代的方式计算投影图像与生成的靶标规格相似图案之间的射影变换关系,可将退化椭圆边缘映射成较规则的圆。采用基于随机抽样一致(RANSAC)的圆拟合算法剔除异常点并计算圆心坐标,通过射影逆变换将其映射回原图像中,最终迭代收敛的圆心坐标点即为中心像点。仿真与实际实验均效果显著,从而验证了所提方法中心像点计算的有效性和准确性,并且可应用于众多视觉测量系统中,具有较强的实用性。     

大视场双目立体视觉柔性标定

为了实现双目立体视觉系统大范围高精度三维测量,提出了一种大视场双目立体视觉系统柔性标定方法,该方法将系统中各相机内部参数标定与相机间的姿态标定进行分离,标定内部参数时,只需要令标靶相对于相机任意摆放至少三个姿态,对标靶上的编码标志点进行识别,根据标靶上编码标志点信息,建立各姿态下视图的对应关系,粗略计算标志点的初始三维坐标;建立多姿态下逆向投影误差最小的目标函数,采用非线性最小二乘优化获取精确的相机内部参数和标志点三维坐标;最后,建立基于双相机逆向投影误差最小的目标函数,优化得到精确的相机间姿态的外部参数。实验结果表明:当测量空间为1 200mm×1 000mm×1 000mm时,立体视觉系统的测量精度优于0.1mm,满足大范围双目立体视觉系统的高精度测量需求。     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法, 可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相 机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。 首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条 光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢 量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。 通过插值即可快速得到符合行对齐原则的 左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。 仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于 0. 8 pixel。 水池实验采用事 先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为 2. 8 mm,具 有较高的测量精度。     

圆形目标精密定位方法的研究与应用

圆形目标的特征定位在计算机视觉中有着重要的作用.分析了在图像处理中影响圆形目标定位精度的几种主要因素,着重研究了圆形目标在透视投影变换过程中所产生的圆心偏差.基于摄像机的透视投影变换过程以及空间解析几何理论,提出了使用同心圆目标快速准确地获取图像中圆形目标圆心真实投影点的方法,同时建立了一种使用同心圆补偿镜头畸变的方法.仿真实验以及实物实验表明该方法可以准确且稳定地补偿透视投影变换过程中所产生的圆心偏差,从而获得图像中圆形目标圆心的真实投影点.该方法可以推广至视觉检测和摄像机参数标定中,利用其设置摄像机参数标定用标定板,具有一定的理论意义与工程实际应用价值.     

双目立体摄影测量中的标定方法

针对立体摄影测量中的双目立体摄影测量,利用透视变换方法及矩阵转换知识建立了双目立体摄影测量系统的空间三维坐标数学模型,提出一种不需要迭代求解摄像机参数的标定方法,避免了迭代算法收敛速度慢、耗时多的缺点。该标定方法只需对标定板在不同角度拍摄一组图像,在无需控制任何运动参数的情况下,通过成像过程中不同坐标系之间的转换,实现了像素坐标与基准坐标之间的直接转换。该算法快速、精确、简便。实验结果表明,该标定算法可达到相对误差为0．2的精度。     

双目视觉传感器的现场标定技术

本文以凤影变换为依据,针对多视觉传感器中的双目视觉传感器中的双目视器,建立了双目视觉传感器测量空间三维坐标的模型,事先确定摄像机的部分不易变化整个系统后进行现场标定。该方法不需精确调整标定靶标,标定环境与实际测量上同,减少了安装传感器对标定参数的影响,实验结果表明,该标定方法能获得０．０５ｍｍ的空间精度。     

基于张正友平面模板法的双目立体视觉系统标定

为验证基于张正友平面模板法标定双目视觉系统方法的准确性与合理性,首先分析了双目立体视觉系统的原理,然后论述了双目立体视觉的系统标定原理、方法,以及利用张正友平面模板法进行标定的步骤,通过标定双目立体系统的内部参数和外部参数,应用视差原理,能够确定空间某点的三维坐标,实验验证了文中提出的基于张正友平面模板法标定双目视觉系统方法的准确性与合理性。     

GPS双目摄像机标定及空间坐标重建

为减轻双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,实现摄像机参数的精确标定,并对空间坐标进行高精度重建,提出一种GPS双目摄像机标定及空间坐标重建方法,采用GPS代替2D或3D靶标进行双目摄像机标定。将GPS的位置在视场中任意移动,由被标摄像机拍摄多组含有GPS的图像,利用空间三维坐标与图像二维坐标间的映射关系,结合摄像机成像模型和双目摄像机标定原理,标定出双目摄像机参数,并对空间坐标进行精确重建。通过空间重建坐标与GPS实际测量值之间的相对距离误差,对重建精度进行检验。实验证明,该方法能够克服双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,空间重建坐标具有较高的精度,相对距离误差从1.56%减小到0.52%。     

Reparability measurement of vision sensor in active stereo visual system

The active visual inspection has made giant strides in development. Due to the complexity of field conditions, the binocular stereo vision sensor in active stereo visual inspection system is difficult to acquire the ideal image pair under the poor illumination environment, or cannot work normally because one of two cameras is damaged. To solve the practical problem, a reparability method of the vision sensor in active stereo visual inspection system is proposed. Based on the traditional measurement platform with a structured stripe projector and two industrial cameras, a reparability mathematical model is established, which merges the measurement mode of the stereo vision and the structured light vision to inspect feature points based on the reparability measurement model. Meanwhile, a mathematical model and calibration method of the structured light vision are developed based on the homography between the image and light plane. The method greatly improved the stability and reliability of measurement data. It is proven by experiment that the method is valid, which can accomplish reparability tasks commendably and achieve uninterrupted inspection of feature points in the actual industrial applications.     

基于立体匹配技术的X射线分层成像方法研究

针对安检领域中行李箱内多层物体在二维透视图像中相互重叠,导致物体之间的形状不清晰、不易辨认和存在盲区等问题,提出了一种基于立体匹配技术的分层成像方法.该方法利用双目立体视觉原理,结合双角度投影的灰度信息对投影图像由外向内进行分割,并对分割结果基于相似属性进行匹配,结合视差进行分层重建.最后利用视差原理重建出不同深度的物体,实现了对不同深度物体的识别.经实验验证,该方法有效地消除了视图中的重叠现象,提高了对物体的识别准确率.     

采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接算法

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵,将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。对平面靶标上100个点进行两次测量,实验结果表明：单次测量精度为0.08mm,拼接均方误差小于0.237mm。该方法操作简单、可行,能满足一般的精度要求。     

微操作系统中弱视差视觉模型研究

显微双目立体视觉主要由体视显微镜和CCD图像传感器构成，基于计算机双目立体视觉原理，显微双目立体视觉在显微领域中用于三维微观定位和测量。该类视觉具有不同于宏观视觉的属性。使用弱视差描述微观视觉的成像特征以区别于传统的宏观视差。建立了新的显微视觉模型，模型中包含弱视差的级数项，反映出物空间深度信息与图像空间二维信息间存在弱的非线性关系，同时也部分矫正了物空间横向尺度的深度依赖性。