新型三维视觉测量结构光平面标定方法

结构光平面标定是结构光三维视觉测量中的重要环节。传统的标定方法需要昂贵的设备,效率低下,步骤复杂。提出了一种新的三维视觉系统中结构光平面的标定方法。该方法仅使用一个简单的二维平面靶标,在保证靶标与结构光相交的前提下,靶标在摄像机可视范围内自由移动数个位置。对于移动到各个位置的靶标平面,分别建立对应的世界坐标系,并计算该世界坐标系与摄像机坐标系、图像坐标系的转换关系。通过处理算法,可以将每一个位置得到的结构光平面与靶标平面的交线方程统一到摄像机坐标系下。使用最小二乘法拟合多条交线可以标定出结构光平面在摄像机坐标系下的方程。实验证明该方法效率高,步骤简单,具有很好的通用性。     

基于共面参照物的多立体视觉传感器标定方法

提出了基于共面标定参照物结合双电子经纬仪标定多个立体视觉传感器的方法,该方法允许共面标定参照物在测量空间内自由移动,以经纬仪坐标系为中介,利用双电子经纬仪测量不同位置共面参照物上不共线的标定特征点在经纬仪坐标系下的精确的三维坐标,建立共面参照物上所有特征点和经纬仪坐标系的转换关系,构建三维标定特征点,在现场对多个视觉传感器进行标定,保证了测量状态与标定状态完全一致.该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,提高了立体视觉传感器的标定精度.实验结果表明,该方法切实可行.     

正交约束下的机器人线结构光手眼标定

为了将传感器局部坐标系下的测量数据转化为机器人坐标系下的全局三维数据,需要确定机器人法兰盘与传感器之间的关系,即手眼标定。为实现机器人与线结构光传感器的现场手眼标定,提出一种正交约束条件下的新方法,该方法标定过程无需人工参与,仅需一块具有空间正交约束关系的平面靶标。标定过程中任意变换机器人位置与姿态,控制激光线与靶标两直角边分别相交,并记录传感器测量坐标值以及对应的机器人姿态数据,再基于空间正交约束建立非线性优化模型,最后采用内点法迭代求得最优解。实验结果表明：该标定方法快速、稳定且精度较高,系统整体测量精度优于0.3 mm,可满足常规测量需求。     

多传感器线结构光视觉测量系统全局校准

针对现有多传感器线结构光视觉测量系统全局校准过程中通常需要三维测量设备、校准过程复杂等问题,提出了一种基于一维靶标的多传感器线结构光视觉测量系统全局校准方法。此方法以一维靶标为中介,首先由每个线结构光视觉传感器得到光条与一维靶标相交点在各自测量坐标系下的三维坐标,然后由交比不变性得到相交点在一维靶标坐标系下的坐标,进而...     

机器人激光扫描系统现场标定技术

针对机器人激光 扫描系统现场标定问题,提出了一种基于交比不变性的线结构光传感器标定方法,允许平 面参 照物在传感器测量空间中自由移动,通过摄像机拍摄多幅平面参照物的图像即可对光平面进 行标定;同时, 提出一种定点变位姿的机器人手眼关系标定方法,采用一个直径已知的标准球作为手眼标定 参照物,控制 机器人分别以纯平移运动和变姿态运动的方式带动视觉传感器对标准球的球心坐标进行测量 ,根据固定点 约束标定手眼关系。实验结果表明,本文标定方法有效、快速,可以用于机器人激光扫 描系统现场标定。     

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。     

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。     

基于消隐点的线结构光测量系统标定方法

针对现有线结构光测量系统标定模型复杂、需要特制靶标等局限性,提出了一种新的线结构光测量系统标定方法.利用精密导轨运载平面靶标沿着空间一个方向至少运动两次,创建一组在激光平面上的平行特征线.根据消隐点的原理,建立新的数学模型,可以标定成像像素与运动方向上一维信息的直接对应关系.改变导轨运动方向,另外两个空间正交方向上的像素-维度对应关系同样可以得到.与传统标定方法相比,所提标定方法无需标定系统多组空间关系,简化了传统标定过程,减少了误差的积累.另外,靶标可为普通平面,避免了特制靶标的制造困难.实验结果表明,所提方法测量结果均方根误差(RMSE)为0.0359 mm,平均绝对误差(MAE)为0.0306 mm,可以有效用于线结构光三维(3D)测量.     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

任意位姿平面靶标实现立体视觉传感器标定

提出一种基于任意位姿平面靶标的立体视觉传感器标定新方法。利用平面标定参照物，并允许其在测量空间内自由移动，结合镜头畸变的摄像机标定数学模型，实现传感器中摄像机标定；在立体视觉传感器三维测量模型基础上，引入特征点约束优化传感器结构参数，同时实现了传感器现场标定。该方法降低了标定设备的成本，灵活方便，切实可行。实验结果表明，该方法标定精度高，已标定传感器测量空间距离的相对误差优于0．3％。     

摄像机标定在脱靶量测量上的应用

提出了一种基于标定摄像机的脱靶量测量方法。对三维世界坐标系、摄像机坐标系、成像平面坐标系和图像坐标系的关系进行了分析并建立了摄像机的数学模型,给出了摄像机的标定步骤,得到了摄像机标定进行脱靶量的测量方法,利用测量数据对这一方法进行脱靶量测量的精度进行了验证。通过利用摄像机标定方法进行脱靶量测量,减轻了判读仪光路的清洁维护,降低了设备成本,特别是造价昂贵的光电转化设备,更加适应摄影测量技术的发展。     

基于虚拟相位靶标的光栅投射三维测量系统标定

采用虚拟相位靶标方法实现光栅投射轮廓测量中三维空间坐标的标定,探讨了X、Y方向和高度Z方向标定的原理与关键技术,并对虚拟相位靶标进行了试验研究。实验结果表明：采用该方法只需要1个参考面图像序列就可实现X、Y方向坐标标定,简化了现有标定方法中至少需要采集2个图像序列的繁琐过程,而且标定后X、Y方向误差仅为0．1mm和0．2mm,高度Z方向的误差最大不超过0．2mm,标准偏差不超过0．040mm。     

Essential parameter calibration for the 3D scanner with only single camera and projector

A calibration method for the five essential parameters is proposed. Using the calibration results, the three dimensional (3D) reconstruction can be performed directly. The five essential parameters include the distance between the camera and the projector, the distance between the reference plane and the camera, the fundamental frequency of the fringe pattern, the scale factor from the image coordinates to the world coordinate system in X axis direction and that in Y axis direction. The proposed calibration method is implemented and tested in our 3D reconstruction system. The mean calibration error is found to be 0.0215 mm over a volume of 400 mm (H)×300 mm (V)×500 mm (D). The proposed calibration method is accurate and useful for the 3D reconstruction system.     

Motion and structure from feature correspondences: a review

We present a review of algorithms and their performance for determining three-dimensional (3D) motion and structure of rigid objects when their corresponding features are known at different times or are viewed by different cameras. Three categories of problems are considered, depending upon whether the features are two (2D) or three-dimensional (3D) and the type of correspondence: a) 3D to 3D (i.e., locations of corresponding features in 3D space are known at two different times), b) 2D to 3D (i.e., locations of features in 3D space and their projection on the camera plane are known, and c) 2D to 2D (i.e., projections of features on the camera plane are known at two different times). Features considered include points, straight lines, curved lines, and corners. Emphasis is on problem formulation, efficient algorithms for solution, existence and uniqueness of solutions, and sensitivity of solutions to noise in the observed data. Algorithms described have been used in a variety of applications. Some of these are: a) positioning and navigating 3D objects in a 3D world, b) camera calibration, i.e., determining location and orientation of a camera by observing 3D features whose location is known, c) estimating motion and structure of moving objects relative to a camera. We mention some of the mathematical techniques borrowed from algebraic geometry, projective geometry, and homotopy theory that are required to solve these problems, list unsolved problems, and give some directions for future research     

加工中心工件在机三维检测系统的光平面标定

为了满足加工中心在机检测的实时性需求,实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光传感器,提出了一种基于同心圆平面靶标标定线结构光平面参数的新方法。该方法将三点透视模型和交比不变原理相结合,在线结构光传感器的视觉范围内通过移动同心圆平面靶标,计算得到光平面上多组标定点的三维坐标,进而使用最小二乘算法确定光平面方程,通过标定和检测实验分析并验证了该方法的有效性。该方法具有标定算法简单且操作灵活方便等优点,适合加工检测等领域的现场标定。     

大视场线结构光两轴测量系统

提出了一种由CCD摄像机、线结构光投射器和两个回转工作台构成的大视场线结构光2轴测量系统。通过两个回转工作台的转动使线结构光平面扫过被测物体1周,在1次装夹下测量出物体的1周全貌。首先建立了由二维摄像机像面坐标系向被测物体转台坐标系变换的数学模型;利用标准球作为标定器具,根据线结构光平面中标准球的球心坐标和2转台转角可确定1个"共轭对",利用多组"共轭对"求出了系统模型中的未知参数;从而根据两个回转工作台分别转动的角度和CCD二维图像可获得线结构光平面上点的三维数据。实验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能在1次装夹下完整测量结构复杂物体的1周全貌,同时具有视场大、结构简单和成本低的优点。     

采用线性分区方法对三维传感器的标定

以光带法激光三维扫描系统为例,采用线性分区标定方法对三维传感器进行了标定。给出了标定方法的理论依据和求解过程,避免了对非线性方程的求解;采用细丝标定靶形成共面标定点对传感器进行分区标定,并与不采用分区方法时的结果进行对比。结果表明,利用线性分区法标定可以有效提高测量精度,测量平均相对误差为0．4％左右。     

Monocular camera and 3D lidar joint calibration

Joint calibration of sensors is an important prerequisite in intelligent driving scene retrieval and recognition. A simple and efficient solution is proposed for solving the problem of automatic joint calibration registration between the monocular camera and the 16-line lidar. The study is divided into two parts: single-sensor independent calibration and multi-sensor joint registration, in which the selected objective world is used. The system associates the lidar coordinates with the camera coordinates. The lidar and the camera are used to obtain the normal vectors of the calibration plate and the point cloud data representing the calibration plate by the appropriate algorithm. Iterated closest points (ICP) is the method used for the iterative refinement of the registration.     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的,以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场传感器,可实现空中矢量电场的三维检测,并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析,设计出该传感器的专用标定装置。测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系,与理论分析一致,证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性。     

使用双传感器系统降低光刀图像缺损误差

用线结构光扫描测量三维物体的过程中,由于物体表面的凹凸不平、反射率的不连续变化以及遮挡造成获取的条纹像存在各种缺陷,导致最后得到的三维面形数据存在偏差。基于此,提出了一种采用双传感器,并将两个传感器图像映射到光刀平面上,然后再对其进行面内融合处理最后提取中心线的方法。对此方法进行了计算机模拟,并对牙齿进行了测量。实验结果表明该方法实现简单,在存在条纹缺陷的地方,精度可以明显提高,有效地降低了条纹缺陷导致的数据偏差。