基于伪随机阵列和正弦光栅的结构光标定

针对投影仪-摄像机结构光系统标定精度低的问题,提出一种基于伪随机阵列与正弦光栅结合的标定算法。该方法直接对标定板角点进行编码,根据角点在不同坐标系下的点对关系求解系统参数,提高了传统的编码精度和结构光系统标定精度。在正弦光栅条纹中心处投射伪随机阵列,根据伪随机阵列窗口的唯一性和相移法可求出正弦光栅的真实相位;分别在水平和竖直方向投射正弦光栅,根据不同方向的真实相位值形成对标定板角点的唯一编码;根据编码值获得标定板角点在投影仪像平面、摄像机像平面和世界坐标系下对应点集,根据相机标定算法可得到投影仪、相机的内外参数。该方法直接对标定板角点高精度编码,求解世界坐标点和像素坐标点的对应关系,仅需要普通棋盘格标定板可实现高精度标定。实验结果表明最大反投影残差为0.7像素,棋盘格角点重建均方差为0.08 mm。     

一种基于运动的线结构光视觉测量系统标定方法

针对船体分段数字化测量提出了一种基于直角坐标机器人的线结构光视觉测量系统.通过控制机器人的运动,安装在其末端的线结构光视觉传感器对固定的平面靶标成像,实现了摄像机坐标系与机器人坐标系位姿关系标定;同时利用交比不变性原理获取平面靶标上的特征点坐标,完成了结构光平面参数的标定.该方法易于实现,通过对已知的标准工件进行测量实...     

双目视觉的立体标定方法

为实现双目视觉系统的立体标定,分析了摄像机成像模型,并充分考虑了透镜的径向畸变和切向畸变,提出了一种新的立体标定算法。该算法利用张正友的灵活标定算法,初步求取摄像机的内参数,结合Brown算法并提取图像中角点的子像素级坐标,精确求取摄像机内参数和畸变向量。为方便后续的图像校正,基于前面的单个摄像机标定,通过计算空间中的景物点在左右摄像机成像平面上的位置关系,计算出双目视觉系统中两个摄像机之间的旋转矩阵R和平移向量T,从而实现了立体标定。实验结果表明,该算法能取得较高的精度,可以应用于双目视觉系统。     

基于二进制编码结构光测量系统的标定方法

针对基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统,利用交比投影不变原理,提出了一种可同时标定摄像机模型参数与投影光平面方程参数的方法。另外,为了克服原系统只能求取部分光平面方程的缺点,利用靶标坐标系与摄像机坐标系之间的约束关系,提出了一种间接标定光平面一般方程的方法。本文阐述了该测量系统的测量原理,提出了标定方案,给出标定结果。实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。     

基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法

对于便携式结构光系统, 该系统必须适合方便使用. 因此, 针对该系统的标定方法也必须采用方便且便宜的设备, 诸如具有两个或三个正交平面或者需要额外固定措施的一些设备则不宜采用. 同时针对快速三维获取的目的, 应该采用估计便携式结构光系统投影矩阵的方法. 本文针对便携式结构光系统的上述应用需求, 提出了一种基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法. 该方法需要一个标定模板和一个参考模板. 标定模板被固定在一个平面上, 而参考模板则通过LCD投影仪被投射到该平面上. 通过交比和极几何约束, 可以获得分别对投影仪和相机的世界坐标系和图像坐标系的点对应坐标. 通过这些点对应坐标, 即可完成整个系统的标定. 实验结果表明该方法具有很高的准确性和鲁棒性．     

结构光测量系统的投影仪标定方法研究

传统单目视觉结构光测量系统通过解相位间接计算被测物的高度信息,系统约束性过强、不易操作、且标定精度较低.将双目立体视觉原理引入单目结构光视觉测量系统,根据投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,将投影仪当作一个逆向的相机,建立了投影仪模型,使用成熟的相机标定算法对投影仪进行标定.再配合四步相移法和基于多频外差原理的时域相位展开法,实现条纹图像的快速精确解相位.相对于传统的单目视觉结构光测量系统,本方法具有单目视觉系统操作简单、鲁棒性强的特点,同时也可以达到双目视觉测量的精度.实验结果表明,这种方法的投影仪标定精度达到了实际应用的要求.     

基于二值几何编码图案的高精度结构光系统参数标定方法研究

该文提出了一种基于空间编码图案的结构光系统参数标定方法。与传统的基于棋盘格图案标 定策略不同的是,该文采用结构光编码图案实现了系统的高精度标定,具体实施步骤包括：(1)根据编码图案的几何分布特性提出了一种编码特征点检测算子,基于检测出的编码特征点构建拓扑结构,利 用仿射变换原理及双线性插值算法提取出编码几何元素图像;(2)将几何元素识别转化为监督分类问题,通过采集大量训练样本训练卷积神经网络,实现编码元素的准确识别和解码过程;(3)利用射影变 换原理建立相机像平面与投影机像平面之间的对应关系,利用此对应关系将标定板上棋盘格角点在相机像平面上的坐标转换至投影机像平面,最终实现了对相机和投影仪内外部参数的同时标定。标定结果显示,该方法对投影仪的标定重投影误差不超过 0.3 像素;三维重建实验结果显示,与传统标定方法相比,该文方法能够显著提升系统的标定和三维重建精度。     

结构光视觉引导的焊接机器人系统自标定技术

为实现结构光视觉引导的焊接机器人系统的标定,解决现有标定方法复杂,标定靶标制作要求高等缺点,提出一种基于主动视觉的自标定方法。该标定方法对场景中3个特征点取像,通过精确控制焊接机器人进行5次平移运动,标定摄像机内参数和手眼矩阵旋转部分;通过进行2次带旋转运动,结合激光条在特征点平面的参数方程,标定手眼矩阵平移部分和结构光平面在摄像机坐标系下的平面方程;并针对不同焊枪长度进行修正。在以Denso机器人为主体构建的结构光视觉引导的焊接机器人系统上的测试结果稳定,定位精度可达到±0.93 mm。该标定方法简单,特征选取容易,对焊接机器人系统在实际工业现场的使用有重要意义。     

简化UKF算法在摄像机标定中的应用

提出一种基于简化无迹卡尔曼滤波（UKF）算法的摄像机标定方法。将平面靶标图像上的不同特征点坐标视为同一个特征点在不同时刻的运动坐标。为避免欧拉角描述法带来的奇异问题,用单位四元数描述世界坐标系和摄像机坐标系之间的变换关系,选取摄像机内外参数作为系统状态变量。结合实际应用背景,简化标准UKF算法,将其用于摄像机参数估计,在保证标定精度的前提下降低运算复杂度。仿真结果表明了该方法的有效性。     

线结构光传感器参数现场标定方法

为了精确、快速、高效地标定线结构光传感器参数,提出了一种线结构光传感器参数现场标定方法。根据摄像机标定方法,并结合L-M非线性优化算法对摄像机内外参数及镜头畸变系数进行标定。拍摄不同姿态下的平面靶标图像,利用靶标图像计算摄像机外参计算靶标上的圆点在摄像机坐标系下的三维坐标,并构建靶标平面方程。将激光线投射到不同姿态的靶标平面上,通过靶标平面方程计算出激光线上点在摄像机坐标系下的3D坐标,由不同位置重构出激光点在摄像机坐标系下的3D坐标来完成光平面参数标定。通过对摄像机参数、畸变系数和光平面参数的标定,重构目标物体进行测试。测量结果表明:该算法能够快速、准确地获取小车车体的三维坐标,并构造出车体的三维模型。该方法适用于大视场的工业现场标定。     

Flexible calibration of structured-light systems projecting point patterns

Structured-light systems (SLSs) are widely used in active stereo vision to perform 3D modelling of a surface of interest. We propose a flexible method to calibrate SLSs projecting point patterns. The method is flexible in two respects. First, the calibration is independent of the number of points and their spatial distribution inside the pattern. Second, no positioning device is required since the projector geometry is determined in the camera coordinate system based on unknown positions of the calibration board. The projector optical center is estimated together with the 3D rays originating from the projector using a numerical optimization procedure. We study the 3D point reconstruction accuracy for two SLSs involving a laser based projector and a pico-projector, respectively, and for three point patterns. We finally illustrate the potential of our active vision system for a medical endoscopy application where a 3D cartography of the inspected organ (a large field of view surface also including image textures) can be reconstructed from a video acquisition using the laser based SLS.     

基于单幅图片的相机完全标定

现有相机标定方法的标定过程比较繁琐,不利于标定相机的广泛使用。为此,从摄像机镜头畸变矫正着手,结合标定板信息及消失点约束,提出一种基于单张图片的相机标定方法。利用非线性迭代得到相机镜头的畸变系数,通过线性求解得出相机的内参,直接计算得到相机的外参,从而实现仅需拍摄单张标定板图片的相机完全标定。实验结果表明,该方法在标定板与视平面夹角小于45°的情况下均能成功标定,并且重投影误差小于0.3像素。     

A unified approach to the linear camera calibration problem

The camera calibration process relates camera system measurements (pixels) to known reference points in a three-dimensional world coordinate system. The calibration process is viewed as consisting of two independent phases: the first is removing geometrical camera distortion so that rectangular calibration grids are straightened in the image plane, and the second is using a linear affine transformation as a map between the rectified camera coordinates and the geometrically projected coordinates on the image plane of known reference points. Phase one is camera-dependent, and in some systems may be unnecessary. Phase two is concerned with a generic model that includes 12 extrinsic variables and up to five intrinsic parameters. General methods handling additional constraints on the intrinsic variables in a manner consistent with explicit satisfaction of all six constraints on the orthogonal rotation matrix are presented. The use of coplanar and noncoplanar calibration points is described     

一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法

针对现有水下探测方式精度不佳、标定误差较大、效率较低等不足,设计了一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法。首先利用交比不变原理求解特征点在世界坐标系下的相对位置,随后基于像面特征点的方向向量及特征点的位置信息求解其在相机坐标下的真实坐标值,利用多个特征点完成结构光平面的标定。通过目标物扫描实验验证了该方法的可行性及有效性。线结构光平面的标定仅需要对特制的简单结构立体靶标进行一次扫描即可完成,无需多次移动靶标,避免了人为误差的影响。在标定线结构光平面的同时可以同步完成位移平台各自由度的位移速度标定,有效降低了实验平台系统误差,在提升系统精度的同时也极大地提升了整个系统标定过程的效率,非常适用于大尺度线结构光系统在水下现场标定。经验证,扫描水下目标物所得3维点云坐标沿X、Y轴方向的误差均小于2%,沿Z轴方向的误差略大,平均误差2.77%。     

微操作机器人显微视觉系统的研究

本文深入研究了基于生物工程领域显微视觉系统的设计方法．给出了微操作物体平面坐标及微机器人手端位姿的求取方法；提出了基于载物台平动测量微操作物体的高度及微机器人做三维空间已知运动标定出微机器人手端在摄像机坐标系的坐标，进而确定微机器人手端与微操作物体之间位置关系的单目视觉方案．采用两步法对显微视觉系统进行了标定．实验证明该系统运行可靠，达到显微操作的要求．     

基于空间透视不变量的摄象机标定方法

本文给出了一种以空间不变量的数据来计算摄象机外部参数的方法．空间透视不变量是指在几何变换中如投影或改变观察点时保持不变的形状描述．由于它可以得到一个相对于外界来讲独立的物体景物的特征描述，故可以很广泛的应用到计算机视觉等方面．摄象机标定是确定摄象机摄取的２Ｄ图象信息及其３Ｄ实际景物的信息之间的变换关系，它包括内部参数和外部参数两个部分．内部参数表征的是摄象机的内部特征和光学特征参数，包括图象中心（Ｃｘ，Ｃｙ）坐标、图象尺度因子Ｓｘ、有效的焦距长度ｆ和透镜的畸变失真系数Ｋ；外部参数表示的是摄象机的位置和方向在世界坐标中的坐标参数，它包括平移矩阵Ｔ和旋转矩阵Ｒ３×３，一般情况下可以写成一个扩展矩阵［ＲＴ］３×４．本文基于空间透视不变量的计算数据，给出了一种标定摄象机外部参数的方法，实验结果表明该方法具有很强的鲁棒性．