基于相机内参数已知的三维重构

对在多幅图像的条件下，相机内参数已知且不变，利用图像中的结构信息实现分层重构的方法进行了研究，分别做了模拟数据实验和实际图像实验，恢复了相机姿态和3D物体的形状，得到了令人满意的实验效果。     

光场图像重构算法仿真

根据光场成像原理,对非聚焦型光场相机和聚焦型光场相机的成像原理和采样模式进行了分析,对比了两种光场成像系统的成像特点。针对不同类型光场相机的信息采样特点,推导了非聚焦型光场相机空域平移叠加重聚焦算法及聚焦型光场相机基础图像重构算法,并在MATLAB中对两种图像重聚焦算法进行了仿真验证,实验证明两种算法都可以有效获得任一景深清晰的像,可为光场成像技术的应用提供借鉴。     

基于光场相机的深度面光场计算重构

光场相机与传统相机不同,通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,实现在采集物方光强的同时记录光线方向。为了重构物方光场,研究了基于光场相机的深度面计算重构算法,对该算法所采用的焦点堆栈、投影切片定理进行研究。首先,对四维光场定义及光场相机工作原理进行分析;建立了相机内部深度面重构模型,分析了投影切片定理在深度面获取的应用,并推导出不同深度面图像表达式;根据得到不同深度位置图像,研究了计算重构算法,搭建了含有微透镜阵列的微型单相机光场采集系统,采集原始光场,利用本文方法实现了物方光场的逆向重构。实验结果表明:利用本文重构算法,光场相机采集的物方光场可通过滤波计算方法逆向重构,通过重构光场数据可获得物方场景深度信息。本文深度面获取算法较其他算法节省30%以上的时间,各深度面图像峰值信噪比在25~30dB之间,实现了高精度、稳定可靠的计算光场重构。     

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。     

双相机相位差异散斑成像技术

开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验,在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台.用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像,用变形镜构造光学系统误差,用强力热吹风机模拟大气湍流.分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题,给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法...     

带有炸点识别的图像采集系统设计

针对大范围炸点三维坐标图像测量过程中相机准确采集图像的问题,设计了可用于炸点识别的图像采集系统,以面阵相机采集到的图像数据为源信号,设计相应的算法自动识别炸点目标,从而为后续的图像采集及处理提供依据。设计了面阵相机图像采集的硬件,给出了炸点目标检测和识别的图像处理算法。实验验证表明,设计的算法可有效识别炸点图像中的火光、烟雾等信号。所研究的自动识别炸点目标图像采集算法和硬件,能减少相机存贮空间,提高靶场测试效率。     

克服动态问题影响的相机响应函数标定

利用图像之间的亮度映射函数而不是图像本身各像素点信息进行相机响应函数的标定,避免了成像系统的晃动或者拍摄场景的动态问题带来的图像配准之间的误差给后续标定算法带来的影响。采用直方图规则化的方法分析不同曝光量图像之间的各颜色通道不同亮度级的统计特征,获得了不同图像对之间的亮度映射函数。然后,利用图像对之间的亮度映射函数结合各帧图像的直方图建立求解相机响应函数的超定方程模型。最后,利用最小二乘法解算模型获得相机响应函数。验证实验表明,本文相机响应函数标定算法具有克服相机的动态问题的能力;不同输入帧数图像的分组实验显示,最小输入4帧图像能够获得较为理想的响应函数标定结果。     

异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应,基于该相机的高帧频连续成像原理,理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因,给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响,并对此进行了修正,已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验,实验结果表明,该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声,而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低,异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。     

基于多相机同步控制的织物质量检测技术研究

为解决宽幅玻璃纤维多轴向织物的在线质量检测问题,搭建了多相机同步控制的织物质量在线检测平台。对比分析了软件触发和硬件触发两种控制模式下的相机控制策略,确定出了基于PCI的多相机同步控制方案。研究了多相机采集的多幅图像拼接问题,给出了图像拼接的原理和方法。并利用坐标变换方法实现了多幅图像的配准,最后用机器视觉软件HALCON进行了图像拼接实验,取得了较好的效果。     

基于同名点间距变换的三维显示参数匹配

传统集成成像系统以重构场景为记录场景的镜像,而当用相机阵列代替透镜阵列获取元素图像时,两种阵列参数的不匹配会破坏上述镜像关系.为了得到相机阵列获取的元素图像经透镜阵列重构后的物像关系,本文提出用同名点间距计算集成成像重构像距的方法.该方法通过获取端场景物距、相机焦距等参数,得到同名点间距,并等效至重构端透镜阵列系统来实现光学参数的匹配.理论计算表明,同名点间距不同,得到的重构像距也不同.对与透镜阵列参数匹配的同名点间距进行变换处理,即可精确再现不同重构像距的景物.最后,通过实验验证了本文所提方法的有效性.     

一种非标定摄像机的定位新算法

针对摄像机固定和共面约束条件下进行目标定位,提出了一种简单可行的全新算法。该算法避开了烦琐的摄像机标定这一过程,也不用精确地求解单应性矩阵。只是运用射影几何的性质,通过简单的几何关系,对非标定单摄像机拍摄的单幅图像,求解其从2D图像平面到真实的3D平面的非线性单映射关系。该算法为解决计算机视觉的测量、定位、三维重建等问题,提供一种全新的思路。     

估计多视点摄像机姿态的两步法

本文提出一种估计多个视点位置上的摄像机姿态的新算法,即两步估计法。该算法首先采用第一、二两幅图像上的特征匹配点重建出物体的局部模型,然后以局部模型作为世界坐标系的中心,利用物体模型上的空间点与图像特征点的对应关系,求解每个视点位置上的摄像机姿态。真实图像的实验结果表明,本文所提算法是有效的,重建模型上特征点的重投影误差小于1个象素。     

基于立体视觉的大尺寸工业测量系统

针对工业制造领域普遍存在的大型物体全尺寸测量难题,提出并实现了一种基于立体视觉技术的便携式工业测量系统。该系统采用多个CCD视觉传感器,获取被测物体的多视图像序列,通过前方交会由二维像点坐标计算物体表面点的三维坐标。全局关键点测量由多目立体视觉系统完成,使用CCD相机从多个位置和方向拍摄物体,获得多目视差照片,由测量软件二维处理并完成三维重建。局部区域密集点云的测量由双目立体觉系统完成,左右两相机同步拍摄由投影机投向物体表面的编码条纹,测量软件自动进行立体匹配和三维重建后获得物体表面局部的密集点云。最后测量软件根据局部的关键点完成密集点云的坐标系转换。实验表明,该系统的测量精度达到0.1mm/3m,可以满足工业现场大尺寸测量对精度和效率的要求。     

基于计算机视觉的莫氏量规锥度测量方法的研究

针对常规方法的不足,把计算机视觉的原理引入到锥度测量中。通过对莫氏量规锥度内孔的前后大小两圆进行三维重建,设计了一套具有测量精度高而且操作简单的方法,对图像的采集、处理、摄像机标定、空间二次曲线的重建等若干关键问题进行了论述。     

采用快速路面重建的车道和障碍物检测新方法

对从二维图像平面中重建真实空间实际路面进行了研究，提出了实际路面快速重建算法，明显降低了其计算复杂度并保证重建的准确性。基于快速路面重建，本文提出了车道检测、障碍物检测方法给出了相应的道路参数估计。实验系统仅需要一台摄像机获取路景图像，新方法能自适应地修正摄像机参数，在斜坡路面情况时也能有效地给出车道检测和障碍物检测结果。     

马氏距离在移动机器人导航中的应用

在已知地图条件下,利用单目视觉辅助移动机器人电机码盘进行定位与导航。电机码盘读取与计算机器人行进路程与理论坐标,使用地图信息重构理论坐标下环境透视图像,并与视觉捕捉到的环境特征进行匹配,计算理论特征与实际特征之间的距离,从而矫正移动机器人位置偏差。匹配中运用马氏距离对透视几何空间重新合理分配其各方向权重,以适应因透视变换而畸变的欧氏距离。实验验证,马氏距离对几何变换后的特征匹配有较好效果。     

Virtual binocular vision systems to solid model reconstruction

The geometry of a solid model can be determined in an effective manner if sufficient spatial information of its shape and corresponding edges can be obtained. The binocular vision system, in which images are obtained from calibrated cameras, has traditionally been the most popular method. In this paper, a virtual binocular vision system, which is composed of one CCD camera and a rotary platform, is proposed as an alternative for measuring three-dimensional objects. The fundamental matrix of the virtual binocular vision system is proposed such that the coordinates of feature points can be determined through an efficient searching and matching procedure. Subsequently, point clouds of the object can be obtained to construct a solid model by utilizing CAD software, such as CATIA and Pro-E. This model can in turn serve as a basis for further analysis and extended applications.     

Noise in off-axis type holograms including reconstruction and CCD camera parameters

Phase and amplitude images as contained in digital holograms are commonly extracted via a process called “reconstruction”. Expressions for the expected noise in these images have been given in the past by several authors; however, the effect of the actual reconstruction process has not been fully appreciated. By starting with the Quantum Mechanical intensity distribution of the off-axis type interference pattern, then building the digital hologram on an electron-by-electron base while simultaneously reconstructing the phase/amplitude images and evaluating their noise levels, an expression is derived that consistently describes the noise in simulated and experimental phase/amplitude images and contains the reconstruction parameters. Because of the necessity to discretize the intensity distribution function, the digitization effects of an ideal CCD camera had to be included. Subsequently, this allowed a comparison between real and simulated holograms which then led to a comparison between the performance of an “ideal” CCD camera versus a real device. It was concluded that significant improvement of the phase and amplitude noise may be obtained if CCD cameras were optimized for digitizing intensity distributions at low sampling rates.     

以投影理论为基础建立的投影方程组

以投影理论为基础研究了各种形式的投影方程组，得到的方程组简单可靠，为计算机绘制投影图开辟了一条新路。