基于圆心真实图像坐标计算的高精度相机标定方法

在基于圆点阵二维平面靶标的相机标定方法中,直接在拍摄的标靶图像中提取的椭圆中心并非真实的圆心投影像点,该圆心成像投影偏差必然会降低相机参数标定精度。基于此,提出将标靶图像逆向投影至空间虚拟矩阵以获得真实圆心像点的迭代标定算法。首先,使用椭圆中心提取方法进行平面相机标定;其次,由标定参数和拍摄图像进行逆向投影获得虚拟物理标靶图像,在近似圆虚拟图像上完成圆心坐标提取;再次,将虚拟圆心坐标转化为物理坐标值并投影到图像上,将其作为圆心真实像点坐标值来进行相机标定;最后,经多次迭代投影和标定完成高精度相机标定。模拟和实验结果表明,所提方法将相机标定精度提高约一倍,可为三维重建和视觉测量提供高精度的相机参数。     

机械臂双目视觉系统内外参高精度标定

在空间站机械臂中,双目视觉系统作为其重要组成部分,能够引导机械臂自主完成对目标的定位和捕获。内外参标定技术是双目相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息进而进行三维重建的首要前提和重要保障。文中提出了一种基于光束法平差算法的双目视觉系统内外参标定技术,采用三维靶标场作为标定目标,并将高精度测角设备经纬仪作为精测基准,通过坐标转换解算分步得到相机的内、外参数。实验表明,该方法标定的相机内参重投影误差小于0.5个像元,外参测试误差为±0.19 mm,有较高的测试精度和鲁棒性,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供可靠依据。     

基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法

针对当前线阵相机几何标靶标定精度不足的问题,提出了一种基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法。针对线阵相机成像特点,设计了结合相位与格雷码的绝对相位编码标靶。标定时首先由线阵相机获取标靶图像,计算标靶的绝对相位;然后在空间不同位置处摆放标靶,采用辅助面阵相机获取标靶间的相对位置关系,建立线阵相机图像与空间点的精确对应关系;最后采用两步法标定获取线阵相机内两相机间的坐标变换关系。仿真与实验结果表明：标定的最大重投影误差为0.089 pixel,与现有方法相比降低了79.78%,所提方法具有良好的抗噪、抗离焦性。     

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。     

考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法

针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题,利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位,以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题,引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述,建立了高斯边缘模型,并基于该模型计算投影图像的Zernike矩,然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外,分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素,基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影,最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明,文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法;实测实验中,基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建,长度测量精度比传统算法提高了30%。     

基于共面靶标的结构光标定方法

在交比不变原理基础上,提出了基于共面靶标的线结构光标定方法。对标定方法中各个计算过程、进行了鲁棒性分析,进而设计了相对应的平面靶标和实验流程。该方法可以降低图像处理过程所引入的误差,减少多次交比不变计算标定点所带来的累积误差,得到多组高精度的标定点,从而提高结构光系统的标定精度。定量实验结果表明,该标定方法可得到0.3334mm的测量精度。     

基于共面法的结构光自扫描测量系统参数标定方法

针对结构光自扫描测量系统参数标定问题,提出了一种基于共面法的高精度标定方法,能够同时标定系统的内外参数。建立了相机和系统模型,采用张正友方法标定相机和平面棋盘靶标内外参数,针对系统标定需求完成了靶标位置规划,在同一光平面下变换靶标位姿获取共面光条中心点,利用多组中心点数据分别求解各光平面方程。由于多个平面交线不唯一,定义了优化目标函数对振镜转轴在相机坐标系下的表达进行优化求解,求得振镜坐标系与相机坐标系的转换矩阵完成标定。该方法标定过程简单,算法运算量小,便于现场标定。结果表明,标定方法具有较高精度,能够满足测量要求。     

线结构光三维传感器扫描方向标定方法

线结构光三维传感器需要结合扫描机构才能对物体进行三维重构,在使用前需要对扫描方向进行标定。由于各个标定图像的清晰度不同,传统标定方法会多次引入噪声,降低了标定精度。为了减小由图像清晰度不同多次引入的噪声,本文提出了基于联合估计的扫描方向标定方法。在标定过程中,需要使用位移台将平面靶标移动一个固定的距离,使每个拍摄位置处的靶标相对相机坐标系的旋转矩阵相同,同时平移向量的变化由位移台的运动步长约束。通过对旋转矩阵和平移向量增加约束,将平面靶标上的二维特征点拓展为三维特征点;联合所有标定图像进行统一的单应性估计,减小了由图像清晰度不同多次引入的噪声。通过测量量块尺寸进行了验证实验,实验结果表明：所提方法的测量误差相比传统方法减小了约30%,而且所提方法具有更好的重复性。所提方法实现了线结构光三维传感器扫描方向的高精度标定,减小了传感器三维重构的误差。     

双平面法标定的双目视觉三维测量系统

针对传统摄像机标定过程复杂、三维测量精度不高的问题,提出了一种基于投影直线相交的双目视觉三维测量方法,并给出了基于神经网络的标定方法。根据摄像机成像特点,利用双标定平面上的点求取投影直线方程;针对摄像机成像复杂的畸变模型,利用BP神经网络对复杂非线性映射关系的强大逼近能力,对左右两台摄像机于远近标定平面处分别进行隐式标定,得到图像像素坐标到平面模板二维物理坐标的映射关系;设计制作了试验平台,采用手工辅助的方法获得网格模板训练样本。此标定方法完全适用于大视场、近距离、高精度的双目视觉传感器。试验结果表明,系统对空间已知长度的测量结果误差约为0.109 mm,测量精度较高。     

相机标定误差因素分析

分析了影响相机标定精度的一些主要因素,并给出了在这些因素影响下世界坐标重投影误差的分布曲线.仿真及实验表明在非线性相机模型的线性标定方法中,世界坐标的测量精度对相机标定精度有较大影响,标定图片数量15-20幅较合适.对相机标定中合理制作标定板、选择标定图片数量、快速高精度标定相机提供了有益帮助.     

基于多相机系统的高精度标定

随着工业机器视觉的深入发展，大视野高精度视觉系统的需求越来越多。针对大视野导致的精度过低问题，提出一种基于多个低像素相机联合标定的方法。在多相机中选择一个相机作为主相机，求取其他相机的像素坐标系与主相机像素坐标系的映射矩阵，使得主相机的视野无限扩展。同时，为了更精确地得到标定板图像中的圆心像素坐标位置，采用两步标定法提升标定精度。提取标定板圆心像素坐标进行第1次粗标定，获取相机内参以及标定板位姿，从而获取图像平面与世界坐标系的平面Z=0之间的映射关系。对其进行透视偏差矫正，提取矫正后标定板的圆心，再利用逆映射变换把相应的圆心转换回原始位置，用转换后圆心像素坐标位置对主相机进行第2次精标定。最后通过LevenbergMarquardt算法进行非线性优化获取全局最优解。实验结果表明，所提标定方法的重投影误差在0.005 pixel～0.01 pixel之间。     

基于线阵图像傅里叶与灰度匹配算法的三维测量

双线扫描相机三维测量系统的匹配环节容易受到表面纹理和光源的影响,从而影响点云的精度和完整性.为此,提出了一种基于傅里叶变换的灰度相似性匹配算法,以实现高精度匹配和处理部分过度曝光.此外,建立了测量系统的成像模型,提出了一种灵活的线扫描相机静态标定方法.最后,搭建了实验平台验证了所提匹配算法的效果和测量系统的精度.相机标定结果的重投影误差优于0.3 pixel,基于所提算法的测量点云完整且能良好反映被测物深度突变处的真实形貌,标准平板测量点云到拟合平面均方根误差为0.023 mm.结果 表明,所提匹配算法既能有效保证点云的完整性,又能保留被测物的表面细节特征.     

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。     

一种投影仪-摄像机系统的简易高精度标定方法

提出了一种投影仪-摄像机系统的简易高精度标定方法.系统标定的难点在于如何精确地建立投影仪和标定板平面之间的坐标对应关系.为了消除标定板图案对投影图案的干扰,提出了一种自适应的两步图案生成以及投影方法来建立坐标对应关系,提高了坐标对应关系的精度.该方法操作方便、简单,仅仅需要一个摄像机标定中常用的棋盘格标定板即可实现高精度标定,并不需要任何其他高精度设备.实验结果显示标定的最大重投影误差为0.554 2像素,均方根重投影误差为0.181 0像素.     

基于超分辨率角点检测算法的双目相机高精度标定方法

双目相机标定是研究立体视觉的基础工作，标定的精度是视觉测量精度的关键。图像角点提取是相机标定的基础，但在现实应用场景中，外界影响使获取的图像不清晰，导致检测到的角点精度低，从而影响标定的精度。因此，提出一种基于超分辨率亚像素角点检测的端到端算法，从特征级解决低质量角点检测问题。首先，应用盲超分部分估计低分辨率图像模糊核，融合低分辨率图像特征重建出高分辨率图；然后，在此基础上得到角点亚像素位置；最后对双目相机进行高精度标定，并用测距实验对其进行检验。实验结果表明，所提基于超分辨的亚像素角点检测方法在真实场景下具有优越性。     

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...     

光栅投影三维测量系统中标定技术的研究

相机和投影仪的标定精度决定光栅投影三维系统的测量精度。提出一种改进的标定方法。该方法在逆向相机模型的基础上对投影仪进行标定,利用相位编码法进行绝对相位展开,避免相机标定误差的引入,在标定过程中减少投影仪投射图案的数量,使标定操作更加简单、快速。在系统的标定过程中,利用投影仪投射的垂直、水平两组光栅图像,建立其与相机图像的对应关系,进而求得标志点圆心在投影仪图像上的像素坐标;然后利用带有径向畸变的相机模型对投影仪进行标定;最后进行系统的立体标定,确定相机和投影仪间的相对位置关系。实验结果表明所提方法切实可行。     

光场相机建模与畸变校正改进方法

光场相机作为一种新型的成像系统,可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息,完成更加精准的场景深度计算,从而提升光场相机的三维重建的精度,需要实现精确的几何建模,并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发,将主透镜建模为薄透镜模型,将微透镜建模为小孔成像模型,结合光场相机双平面模型,将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系,详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义,以及标定过程中初值确定的过程,并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法,改进了光场相机的标定方法。实验显示,该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm,与经典的Dansereau标定方法相比,进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义,为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。     

基于标志自动编码的多视组合相机隐式约束标定方法

为了提高大视场靶标场标志点自动编码的容量和效率,设计自编码标志和普通标志,建立以自编码标志作为编码基准、以普通标志点作为控制点靶标的室内靶标标定场。基于"同名点同编号"的原则,提出自编码标志和普通标志点的自动编码方法。该方法能自动实现同名影像标志点与同名物方控制点标志的自动编码映射,避免人工交互设置影像标志点编号,提高了标定的效率。推导出含有隐式约束条件的多视组合相机标定的间接平差模型的一般形式,并用其标定一种由网络摄像头组成的多视相机。实验结果表明:该方法具有标志点编码容量大(可达65535个)、解码效率高、能自动解码的优点;该标定方法的反投影像点平面方均根误差(RMS)小于0.20 pixel且相机之间的相对定向元素波动较小,能够有效地提高多视相机标定的稳健性和精度;该方法可方便地扩展到其他同类多视相机或者全景相机的标定应用中。     

采用复合式靶标的近景大视场相机标定方法

针对风洞内视觉测量视场较大,测量物体较近以及图像畸变过大等导致的标定精度低,标定物成本高等问题,提出了一种基于复合式靶标分区域分约束近景大视场相机标定方法。该方法利用一维标定架与二维标定平面构造的复合式靶标充满测量视场将测量视场划分区域,针对不同参照物信息采用分约束的方式完成整个视场的分区域准确标定,重建时针对感兴趣特征所处图像不同区域选取不同像机内外参数与畸变系数进行3D重建,完成基于复合式靶标的三维信息求取。最后,针对所提出的标定方法进行了标定精度对比以及验证实验。实验结果表明:内区域标定均方根误差为0.165,外区域标定均方根误差为0.276,标定精度高,满足了测量精度要求。