一种基于三正交约束的摄像机标定方法

提出一种基于三正交约束的摄像机标定方法.设定摄像机坐标系为世界坐标系,标定摄像机内参数中的5个未知量和1个投影缩放因子,设计一种由7个空间点组成的标定模板,在不需要已知标定模板线段长度的情况下,仅需要2幅以上不同姿态标定模板的图像即可根据三正交关系建立约束方程组,通过矩阵特征值分解,求得摄像机内参数的解析解.对同一个摄像机进行对比实验,本文标定结果与平面经典法标定结果的相对误差仅为1.3%左右,且仿真数据实验和真实图像实验的结果表明,该算法具有较高的标定精度和鲁棒性.     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

采用地平面约束的双目PTZ主从跟踪方法

在视频监控领域,包含PTZ（pan-tilt-zoom）相机的双目主从系统可以同时获取跟踪目标的全景信息和高分辨率信息,因此得到了广泛研究与应用。针对智能视频监控的需求,提出了一种基于地平面约束的双目PTZ主从跟踪方法。该方法分为离线标定和在线实时跟踪两个阶段。离线阶段,利用两相机不同视角间的目标匹配关系计算地平面所诱导的单应矩阵,提出了一种从两相机同步视频流中自动估计单应矩阵的方法,该方法与传统方法相比具有不需要标定物和人工干预的优点,然后采用匹配特征点的方法估计相机的主点和等效焦距。在线实时跟踪时,通过单应变换建立主从相机之间的坐标关联,并利用离线阶段标定的主点和等效焦距估计从相机控制参数,从而实现主从跟踪。与其他算法相比,该方法可以应用于宽基线的情形,能够适应目标深度的变化,满足了实时性的要求。室内、外场景的多组实验验证了所提方法的有效性。     

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。     

光学定位系统中摄像机标定的研究

在被动式光学定位系统中,CCD摄像机的标定是一个极其重要的过程。CCD摄像机的标定过程实际上是求解摄像机内、外参数的过程。基于基本矩阵的摄像机标定方法是根据极线约束、本质矩阵以及基本矩阵之间的关系,利用传统的8点算法得到基本矩阵的初始值,再通过其他匹配点迭代计算摄像机的径向阶畸变和切向畸变系数,最后由得到的畸变系数值计算校正后的基本矩阵,从而实现对畸变图像进行校正。     

大视场远距离摄像机外部参数标定算法研究

针对现有的标定方法不适用于大视场远距离测量系统的现场标定,以高炮武器随动系统性能为测量对象,提出了一种新的摄像机现场标定方法.该方法借助于球状标定物,对标定物在不同角度拍摄一组图像,通过测量炮身管位置坐标拟合运动轴心位置,可得两摄像机相对于炮台轴心的平移矩阵;计算空间直线在两摄像机坐标系中的位置信息,得出两摄像机间的旋转矩阵.实验表明,该方法在大视场远距离测量情况下,能够快速稳定地实现两摄像机外部参数的现场标定,并可获得较高的标定精度.     

六自由度姿态变换视觉实验平台及应用

为了适应生产线上不同摆放姿态下工件的视觉识别,实现基于视觉的机器人工件定位及抓取,构建了六自由度工件姿态变换模拟实验平台运动学模型及视觉系统模型,通过坐标变换实现工件姿态参量的测量。建立了六自由度姿态变换实验平台坐标系,通过3个滑动副、3个转动副,构建了基于Denavit-Hartenberg（D-H）方法的六自由度姿态变换实验平台运动学模型,并得到了D-H参量表、各个关节的变换矩阵及实验平台基座到末端的总变换矩阵。基于小孔成像原理,构建了姿态变换实验平台视觉系统的内、外参量模型,获得了工件表面点与图像点间的内参量关系矩阵及工件坐标系与相机坐标间的外关系矩阵。由激光环形光条图像,得到工件表面在摄像机坐标系中的法向量,并通过坐标系间的变换得到工件表面在世界坐标系中的法向量,进而推算出工件的姿态参量。结果表明,姿态参量的横滚角θ平均误差为0.373°,俯仰角φ平均误差为0.253°,偏转角ξ平均误差为0.673°。被测工件的姿态测量值与真实值基本吻合,满足不同姿态下的工件视觉测量要求。     

基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统研究

针对传统机器人视觉测量系统中测量精度受机器人绝对定位精度限制的问题,构建了基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统并研究其标定技术。通过全局空间测量定位系统实现机器人末端工具的高精度实时控制,可以突破机器人自身定位精度的限制,充分发挥其高度柔性的运动特性。为实现系统高精度测量,提出一种基于单应性矩阵的视觉传感器外参标定方法,该方法仅需对所设计的平面靶标进行一次成像,结合激光跟踪仪进行坐标转换即可实现传感器坐标系与外部参考坐标系之间坐标转换关系的精确标定。实验结果表明,基于全局空间控制的机器人视觉测量系统在其工作空间中距离测量精度优于0.2/mm,较传统的机器人视觉测量系统得到显著提高。     

智能三坐标测量机视觉系统的在线标定技术

提出了智能三坐标测量机视觉系统的在线标定技术。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿x、y、z轴移动和正交精度都很高的特点,三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在x、y、z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标。引入测头坐标系,建立了该项标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。智能三坐标测量机视觉参数在线标定系统与专用标定系统的比对标定精度在±1μm以内,完全满足工程实际精度要求。     

Uncoupled cylindrical wave modes for a radially inhomogeneous medium

The equations for the transformation of the tangential electric and magnetic fields through a series of uniform cylindrical layers of arbitrary properties are transformed from their generally coupled form to an uncoupled set of two equations. The complexity of the transformation matrices is thereby greatly reduced. The decoupling operation amounts to a coordinate transformation which has a direct correspondence with the rotation of axes to the plane of propagation in the case of rectangular coordinates. The immediate usefulness of this approach for impedance transformation is shown.     

Iris-based cyclotorsional image alignment method for wavefront registration

In refractive surgery, especially wavefront-guided refractive surgery, correct registration of the treatment to the cornea is of paramount importance. The specificity of the custom ablation formula requires that the ablation be applied to the cornea only when it has been precisely aligned with the mapped area. If, however, the eye has rotated between measurement and ablation, and this cyclotorsion is not compensated for, the rotational misalignment could impair the effectiveness of the refractive surgery. To achieve precise registration, a noninvasive method for torsional rotational alignment of the captured wavefront image to the patient's eyes at surgery has been developed. This method applies a common coordinate system to the wavefront and the eye. Video cameras on the laser and wavefront devices precisely establish the spatial relationship between the optics of the eye and the natural features of the iris, enabling the surgeon to identify and compensate for cyclotorsional eye motion, whatever its cause.     

多个线结构光传感器三维测量系统的校准

提出了一种3个激光线结构光传感器测量系统的校准方法。该方法避免了对测量系统结构参数的繁琐标定,只需对特殊设计的模块进行一次测量就能得到系统的校准参数,从而快速有效地实现CCD像面坐标向世界空间坐标的转换。实验证明,在100mm测量范围内能获得0.05mm的空间定位精度,并能有效地抑止光源散斑噪声对激光三角法测量精度的影响。这一方法已经在多传感三维测量系统得到很好的应用。     

激光切割视觉系统单目摄像机快速标定方法

针对目前激光切割机结合视觉切割行业中现有的张正友一般圆点标定算法中存在计算量大、结果不稳定的问题。提出一种基于九圆点的摄像机自标定算法。算法首先计算出图像和定义在世界坐标系X-Y平面上的模板之间的单应性矩阵,利用该单应性矩阵线性求解出摄像机内参,然后考虑非线性畸变因素,求解出畸变系数。最后在矫正后的模板中求出内外共八个仿射投影矩阵,并取其均值做为最终投影矩阵来求解出世界坐标。实验结果表明:该算法比现有的基于圆点的摄像机自标定算法更快速、更稳定,达到精度更高。     

基于差分GPS技术的舰载雷达通用标校方法

基于差分全球定位系统(GPS)定位技术,建立了一种通用的舰载雷达标校方法。文中介绍了该方法的原理,给出了相关的坐标变换模型及计算公式,并讨论了数据同步和系统误差的处理方法,分析了实校工作中需注意的问题,形成了系统、规范的标校理论。研究表明,差分GPS标校方法通用性好、灵活性高,适用于多类工况下的舰载雷达标校,可为新型标校理论提供技术基础。     

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。     

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...     

Generating Virtual Images for Multi-view Video

As for the research in the Free view televi-sion (FTV) and stereo video areas, the accurate multi-view video capture is a expensive precondition. We present a virtual multi-view video capture system based on OpenGL programming. By using this system, a researcher may cre-ate arbitrary 3D scenes, and capture images with depth maps by setting up multiple virtual cameras, whose in-trinsic and extrinsic parameters can be imported from or exported to the outside. We conducted several experiments within it to perform camera calibration, depth estimation and view-points synthesis. The system has been demon-strated to be a powerful tool for evaluation of stereo video algorithms.     

电网络动力学方程的坐标变换问题

为便于分析和综合电网络，需要将其动力学方程通过坐标变换，化为标准型，本文讨论了坐标变换的物理意义及其对动态特性的影响，变换后的动力学方程必须具有与原方程完全相同的传递函数（阵）与特征多项式以及能控性，能观性，本文还说明了如何通过坐标变换将原来方程化为所需的形式的方法，最后，讨论了按系统理论的概念选择电路参数的问题。     

基于法化矩阵降维的多相机快速光束法平差算法

针对多相机系统的高精度快速光束法平差问题，提出一种采用法化矩阵降维的多相机快速光束法平差新算法。充分考虑多相机系统中主从相机间的固定位姿参数关系，设置维数为3N (相机个数)×4的系统位姿变换矩阵，根据此矩阵可快速由主相机参数得到每个从相机的参数，并将此变换关系带入光束法平差算法中完成为对从相机位姿的求取。从相机的外参优化算法中便只需要对主相机的外参变化进行更新，由此将所有相机捆绑为一个整体，使雅可比矩阵与法化矩阵的维数相对下降，在一次迭代更新中可以完成对多个相机特征图像的运算，因此算法的精度与速度得到了大幅提高。根据仿真实验与实测实验表明，文中算法的优化精度比传统的光束法平差精度提高到了15.5%，运算效率提升了7.8%，能够满足实际工程的应用需求。     

宽带雷达三维干涉测量弹道目标微动参数估计

宽带雷达微动目标3维干涉测量可为目标运动几何参数估计提供重要信息。该文针对宽带雷达斜视3维干涉测量微动目标参数估计,提出一种斜视校正干涉测量微动几何参数估计方法。方法对L型天线阵列中各天线接收回波进行干涉测距测角,通过建立2元2次非线性方程和坐标变换实现斜视扭曲校正,得到目标散射中心3维运动轨迹,继而采用滤波和优化求解实现目标微动几何参数估计,有效提高了微动目标运动几何参数估计准确性和平滑稳健性。