基于单目视觉的工业机器人定位系统设计

在工业化生产流程中,工业机器人能准确识别并抓取目标工件的状态、位置信息,收集反馈给控制系统处理以修正加工程序参量,从而实现制造工艺的高度自动化及精加工。以视觉定位和图像信息收集、处理的工业机器人为对象基准,设计了一套单目视觉定位系统。系统引入了静态图像收集算法、图像信息模块测量和三维空间匹配测量算法,通过工业试验得出测量数据。误差分析结果表明,基于单目视觉的机器人定位系统符合加工自动化的信息数据要求,能实现工件参数和空间姿态间的匹配,辅助提升生产的自动化程度。     

基于视觉里程计的单目红外视频三维重建

针对红外视频的特点,提出了一种基于直接法和稀疏法视觉里程计的单目红外视频三维重建方法。该方法首先通过对红外热像仪标定获得热像仪内参,然后构建直接法和稀疏法视觉里程计模型,视觉里程计前端执行帧管理和点管理的任务,利用滑动窗口并借助高斯-牛顿迭代对总光度误差进行优化,计算出直接法和稀疏法视觉里程计模型所依赖的所有变量,完成定位热像仪和建图的任务。通过实验证明了该方法能够实时实现对单目红外视频进行三维重建。     

基于前向单目视觉的机器人自定位研究

为了改善全景视觉近端信息有缺失、距离信息噪声大造成的机器人定位不精确,文中提出了增加前向单目视觉的方法,以改善原有的视觉系统.首先给出前向单目视觉系统的体系结构,然后对各个模块进行了详细的说明,最后通过实验,验证了该方案的有效性.     

面向AUV自主回收的单目视觉定位算法

针对自主水下航行器（AUV）自主回收过程中对回收装置的近距相对位置测量问题,提出了一种基于单目视觉的近距定位方法。该方法首先给出AUV与回收装置端面垂直时的单目定位方法,然后提出旋转定位法来解决AUV有俯仰和偏航时AUV与回收装置之间相对位置的精确计算问题,并进行了实验室试验研究,验证了该方法的有效性。     

基于视觉表达的工业设计合理性评估方法研究

为了提高工业设计的合理性评估能力,提出一种基于视觉表达和图像分析的工业设计合理性评估方法。以工业设计工件为例,首先采用数字扫描成像技术进行工业设计工件的视觉成像采集,对采集的工业设计工件视觉图像进行中值滤波降噪预处理,然后提取工件的边缘轮廓特征,采用Harris角点检测方法对工件的关键加工点进行定位检测和合理性评估。最后进行仿真测试分析,结果表明,采用该方法进行工业工件设计,对设计的合理性评估的准确性能更好,评价指标更明确。     

基于电子图纸模板的钣金件快速视觉定位技术

结合CAD,提出了一种基于电子图纸的钣金件快速视觉定位技术。依据CAD的俯视图得到钣金件的边缘轮廓模板，同时搜索钣金图像金字塔进行模板匹配，从而提高了模板匹配的速度。针对边缘不清晰及边缘不完整等问题，以内轮廓为模板，依据内轮廓的相对位置关系求取工件中心点，得到钣金件方位的精确值。最后实验验证该方法的准确率和稳定性，误差在4mm内，满足工业生产需求。     

单目视觉引导机器人在视觉检测中的应用

提出一种基于单目视觉引导的机器人工件表面缺陷检测系统。结合标定后的相机参数与物体成像以及物体虚拟投影建立的形状模板初步估计物体的位置姿态,物体的三维点云模型以一定位置姿态参数在虚拟空间的投影匹配零件真实位置姿态提升定位精度。定位完成后获取待检测位置的点云坐标及其法线方向经过坐标转换后提供给六轴机器人进行路径规划及机器人姿态控制,从而实现机器人辅助检测。     

大型工件单目结构光三维扫描方法

针对大型工件,提出了一种基于单目线结构光三维扫描的方法。通过引入线结构光平面建立了视觉传感器数学模型和多项式模型,并使用高精密手动平移台控制平行线靶标在6个固定位置的移动对相机和光平面进行标定,提高标定的精度和准确度。同时对测量工件部分精准定位有效区域,减小程序运算量。该扫描方法可直接构建传感器的测量坐标系,过程简单,速度较快。通过对大尺寸铝合金铸件进行扫描测试,选取了合适的扫描速度v=1.25 mm/s,在满足精度的前提下提升了工业应用的效率。实验结果证明,此种方法能够有效准确的对物体表面进行重构,平均误差小于0.1 mm,具有较高的精度。     

工业机器人的定位系统设计

为了使工业机器人能快速准确地对不同形状、不同高度的工件进行识别、定位、抓取和装配,采用PLC、智能相机、生产线和工业机器人搭建了基于机器视觉的工业机器人定位装配系统。利用智能相机多特征视觉定位方法,编写程序实现工业机器人对随机放置的不同形状、不同高度的工件进行识别、定位和抓取,并通过设计二次定位机构,实现对工件的精确装配。实验测试结果表明,该系统定位准确可靠,精度满足社会生产需要,具有重要的现实意义。     

基于单目视觉的AUV 实时定位算法研究

在未知的环境中,自主水下航行器(AUV)运动未知的情况下,采用单目视觉不能对路标进行完全定位,存在尺度漂移。针对这种情况,研究了融合声纳测距信息的AUV定位方法,建立了AUV的运动模型,路标的初始化模型及相机的测量模型,采用扩展卡尔曼滤波对AUV位置进行估计;为了提高定位算法的实时性,提出了基于预测的特征匹配与误匹配点去除算法,既提高了匹配的效率,又提高了匹配的正确率。实验结果表明,该算法定位较准确,实现了AUV的三维定位。     

基于BJND模型的立体图像鲁棒水印算法

随着3D技术的发展,3D电影逐渐进入到一个快速发展阶段.低感知强鲁棒的数字水印方案是水印技术在3D电影版权保护应用中的一项研究重点.已有的研究证明,基于HVS的JND模型在提高水印不可见性上具有很好的效果,但是现有的JND模型大都建立在单目视觉掩蔽特性基础上,而对于立体图像需要进一步考虑双目视觉掩蔽特性.提出了一种基于BJND(Binocular JND)模型的立体图像鲁棒水印算法.水印嵌入强度受BJND值调制后,使得水印表现出更好的透明性.实验结果证明,在水印不可见的条件下,基于BJND模型的立体水印方案在抵抗加噪、JPEG压缩等全局攻击上具有更强的鲁棒性.     

基于涡流脉冲热成像的焊缝表面多缺陷检测

焊缝表面气孔缺陷的存在减少了工件的有效截面积,降低了工件抵抗外载荷的能力,严重时会导致工件断裂,为此提出一种基于涡流脉冲热成像技术的焊缝表面多缺陷检测方法。首先,采用一种新型电磁传感器结构,通过涡流脉冲热成像原理对不同直径和深度的碳钢缺陷进行检测,并分析了图像序列中缺陷区域与非缺陷区域的温度信号;为了提高该检测系统的灵敏度,采用主成分分析方法对图像序列进行图像重构,增强原始图像中缺陷特征。最后,通过实验验证了该方法,实验结果表明该方法能够减小焊缝边缘效应的影响,实现对焊缝表面缺陷的大面积检测,并为红外热像仪提供一个开放的视野。     

中小型金属工件在线检测系统的设计

伴随快速发展的机器视觉技术,利用图像处理技术对工件进行实时在线检测的方法这些年也得到广泛的应用和发展.为了解决工件离线人工检测效率低、精度差的问题,设计了包括上料模块、图像采集处理模块、零件传送模块、筛选模块和控制模块的基于机器视觉的工件在线检测剔除系统.     

基于空间金字塔匹配的单目热成像深度估计

热成像能够反映场景的温度分布,对热成像进行深度估计,可以恢复出场景的三维温度场,在故障诊断、夜视导航等领域具有重要意义。本文提出一种面向单目热成像深度估计的非参深度采样方法。为了克服热像纹理缺乏、轮廓模糊的缺点,使用了空间金字塔匹配(Spatial Pyramid Matching,SPM)来进行热像的特征分析。首先,基于SPM特征匹配,从数据库中筛选出与待估计深度的热像具有相似场景的候选热像;然后,采用SIFT Flow变形算法对候选热像的深度图进行采样,并将深度信息传递给待估计的热像。实验结果表明,这种方法能够对单目热像进行有效的深度估计,与同类算法相比具有明显优势。     

基于缩减参考帧的高清图像质量评价研究

结合人眼视觉特性,分析现有客观评价算法,实现缩减参考帧模型,它是一种可与图像质量主观评价保持一致的图像质量客观评价算法.实验结果证明,该方法能较好地符合人眼的视觉特性.     

基于SVM模型的单目红外图像深度估计

提出一种通过非线性学习模型来估计单目红外图像深度的算法。该算法首先通过逐步线性回归和独立成分分析(ICA)寻找对于红外图像深度相关性较强的特征,然后以具有核函数的非线性支持向量机(SVM)为模型基础,采用监督学习的方法对红外图像深度特征进行回归分析并训练,在训练过程中通过已知数据回归后的最小均方误差对模型参数进行修正,训练后的模型可对单目红外图像的深度分布进行估计。实验结果证明,利用该模型能较一致地估计单目红外图像的深度信息。     

基于双目视觉的空间直线重建方法研究

直线是视觉测量中的主要基元特征.提出了一种新的空间直线的三维重建算法.首先利用LOG算子进行快速像素级定位,再在包含边缘点的邻域内利用空间矩进行亚像素定位法,建立了考虑镜头畸变的双目视觉空间直线重建数学模型,在对边缘点进行去畸变处理的基础上,采用Hough变换与最小二乘相结合的方法获得像面直线,由双目视觉实现了空间直线重建.实验结果显示,在工件与两摄像机相距20 cm左右时,工件测量误差小于0.02 mm,说明该像面直线提取与空间直线重建方法具有较高的精度.

Abstract：

Beeline is an important element in the computer vision measurement. A new 3-D reconstruction of spatial beeline is proposed. First the LOG operator is used to locate the edge at the level of pixel quickly, and then the spatial moment is used to detect the subpixel location of the discrete points of edge. The least square fitting is adopted to fit the subpixel edge points which have been detected by Hough transform, after having gotten rid of the camera lens distortion. Mathematics model of reconstruction of spatial beeline from image lines on two image planes is set up. The experiments show that the measurement error is less than 0.02 rnm, as the workpiece is away from the two cameras about 20 cram, and 3-D reconstruction arithmetic of spatial beeline has acquired high precision.     

基于激光扫描反射式三维视觉的室内场景CAD模型研究

针对常规模型在配准过程中所需迭代次数过多的问题,提出基于激光扫描反射式三维视觉的室内场景CAD模型研究。获取原始图像空间分布情况,分析场景特征,利用金字塔分层结构,建立高斯差分尺度空间,得到匹配数据,利用池化层提取语义信息,完成基于激光扫描反射式三维视觉的室内场景CAD模型的建立。设计实验,将所建立模型与三种常规模型对比,对比结果证实,所构建模型在配准过程中所需的迭代次数更少,能够有效缩短迭代时长,提高效率。     

基于双目视觉的增强现实模型系统设计

本文的研究旨在改善目前以单目增强现实设备存在着视场小、成像不逼真、单目观察、适应人群窄等问题。模型系统选用高分辨率、宽色域、高集成度OLED微显示器作为成像像源,大尺寸的半透射半反射BS棱镜和凹面镜作为成像元件,通过光路建模,控制图像放大倍率,以提高视场;利用CAD设计模型结构,采用3D打印技术制作模型组件。该系统具有多维的可调节度,包括调节放大倍数、眼距和双目图像合成角度等。该模型系统可以实现高清晰稳定的单目及双目成像效果,色彩及图像还原度高,与外景能够自然融合,系统的用户普适性强。     

Advanced modeling of visual information processing: A multi-resolution directional-oriented image transform based on Gaussian derivatives

In this work, a multi-channel model for image representation is derived based on the scale-space theory. This model is inspired in biological insights and includes some important properties of human vision such as the Gaussian derivative model for early vision proposed by Young [The Gaussian derivative theory of spatial vision: analysis of cortical cell receptive field line-weighting profiles, General Motors Res. Labs. Rep. 4920, 1986]. The image transform that we propose in this work uses analysis operators similar to those of the Hermite transform at multiple scales, but the synthesis scheme of our approach integrates the responses of all channels at different scales. The advantages of this scheme are: (1) Both analysis and synthesis operators are Gaussian derivatives. This allows for simplicity during implementation. (2) The operator functions possess better space-frequency localization, and it is possible to separate adjacent scales one octave apart, according to Wilson's results on human vision channels. [H.R. Wilson, J.R. Bergen, A four mechanism model for spatial vision. Vision Res. 19 (1979) 19–32). (3) In the case of two-dimensional (2-D) signals, it is easy to analyze local orientations at different scales. A discrete approximation is also derived from an asymptotic relation between the Gaussian derivatives and the discrete binomial filters. We show in this work how the proposed transform can be applied to the problems of image coding, noise reduction and image fusion. Practical considerations are also of concern.