线激光-立体视觉三维数据获取系统研究

通过将三目立体视觉和线激光扫描传感器两种物体表面三维数据获取设备集成到三坐标测量机(CMM),形成一种新型的反求工程中的数据获取系统,其中由三目立体视觉来获得物体的边界或轮廓信息、线激光扫描传感器获得物体表面的三维数据,利用多传感器的信息融合技术对三维数据进行分割,提取被测物体的几何特征,并在此基础上构建物体模型.采用这种多传感器集成坐标测量系统避免了单一传感器的局限性,从而为非接触测量系统在反求工程中的应用开辟了新的途径.     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

大型自由曲面移动式三维视觉测量系统

本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统，用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式，并结合编码结构光技术，使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介，建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数，根据靶标上多个特征点求解出该矩阵，即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量，并进行拼接。结果表明，该测量系统操作简单，适用范围广；x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0．038mm、0．022mm和0．135mm。     

立体视觉三维测量系统中的数据获取技术

提出了一种快速获得物体精确三维数据的新方法。该方法把三维视觉中的主动式与被动式数字化技术相结合，以立体视觉为原理，辅助以主动式密集结构投影光，有效地解决了立体测量的对应点匹配问题。主要针对该系统中的从图像数据获取技术，结合图像后续细化即实现图像目标边缘像素层层剥离的目的，提出采用基于图像目标边缘信息的小波边缘分析自动阈值法进行图像二值化，为本测量系统由二维到三维的快速数据转化的完全实现提供了坚实的基础。     

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。     

深海原位激光扫描双目立体视觉成像系统

为满足深海物体原位三维测量需要,提出一种激光扫描双目立体视觉成像方法。该方法基于双目立体视觉原理,采用四维光场光线表示法,建立水下双目立体成像系统的测量模型;采用激光线扫描光条作为像素匹配线索,及基于共面约束的像素匹配算法,提高水下左、右两个相机图像像素匹配精度。通过耐高压结构设计、电气和软件设计,建立起相应的工程样机。静水压力试验表明,该工程样机能够适应4 000 m深海静水压力;实验室精度试验,采用标准球棒为测量对象,在距离样机3 m处,多次扫描三维重建后,得到两靶球球心距测量结果的标准差为2.28 mm;南海真实海域实测试验,表明样机具有深海原位三维测量重建功能,且在距离样机2 m处,对标准球棒两球心距测量结果的标准差为2.22 mm。上述研究和试验表明,研制的激光扫描双目立体视觉成像系统,具备深海原位测量功能,具有较高三维测量精度。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。     

线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法

线结构光三维视觉与三坐标测量机(CMM)测量系统的集成能够实现对复杂零件表面快速高精度的测量。系统的标定是实现集成测量的关键步骤,包括摄像机内外参数标定,光平面结构参数标定和两个测量系统测量坐标的全局统一。提出了线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法,首先采集多幅不同位姿下带有光条纹的2D靶标图像,然后利用CMM接触测头测量得到某一位姿2D靶标角点在CMM坐标系下的世界坐标,利用交比不变原理求取靶标上特征点的三维坐标,进而求取线结构光视觉传感器测量参数和线结构光传感器测量数据到CMM坐标系下的转换矩阵,实现一次数据采集完成集成系统所有测量参数的标定,标定方法简单且精度和效率较高。     

基于全局控制网的三维形貌测量方法

由于传感器成像视场范围的局限性,双目视觉传感器在一次成像中往往不能获得大尺寸物体的整体形貌测量结果,鉴于此,研究并实现了一种通过建立全局控制网来实现对大尺寸物体的三维形貌进行测量的方法。实验结果表明：基于全局控制网的测量方法速度快、精度高,间接地扩大了双目视觉传感器的测量范围,并且有效地克服了大尺寸三维形貌测量拼接精度低的缺点。该方法适用于大尺寸物体的三维形貌测量,能够快速、简单、精确地获得被测物体表面特征点的相对位置关系和三维尺寸信息,进而恢复被测物体的三维形貌。     

货车承载鞍磨耗视觉自动检测研究

研究基于视觉检测原理的承载鞍磨耗尺寸自动检测系统，采用立体视觉结合结构光投射技术设计了测量传感器，由传感器组成测量组件，每个测量组件可以测得承载鞍一个磨耗面的三维形貌，多个测量组件构成完整的检测系统，同时测量承载鞍各个复杂磨耗面实际三维形貌，由此计算得到相关磨耗尺寸。为实现测量自动化，设计了自动传送机构和分选机构。系统工作稳定、测值准确、速度快，解决了承载鞍磨耗长期依赖手工模板测量的难题，为保证铁路运行安全提供了有效的检测手段。     

基于多线结构光的弱纹理物体形貌测量方法

大多数现有的主流结构光测量装置在被测物体的表面上投射单条激光,通过移动装置实现物体表面的扫描重建。为了实现物体表面的在线快速重建,将多线结构光和双目立体视觉理论相结合,设计了一种新的三维测量方法。提出了一种结合形态滤波和Zhang-Suen细化算法的光条骨架提取方法和基于光条序列关系的光条匹配算法,并通过极线约束实现光条上特征点的精确匹配。通过实验验证了方法的有效性,相对误差在3%以内。     

A novel way of understanding for calibrating stereo vision sensor constructed by a single camera and mirrors

As a kind of binocular stereo vision system, stereo vision sensor constructed by a single camera and mirrors (SSCMs) has been paid increasing attention for three-dimensional measurement applications due to its low cost, high efficiency and synchronization. Currently, the existing model for SSCM considers the real camera as two half-Field-of-View (FOV) virtual cameras formed by reflection effects of the mirrors. The calibration methods based on this conventional model are either complicated to operate or deriving non-identical system parameters. To solve the problem, a novel model and the corresponding calibration approach are presented, which take the sensor as an integrated structure with the viewpoint that the camera captures two virtual points formed by the same object point due to the reflection effects of the mirrors. Also, the calibration and the measurement accuracy evaluation functions are discussed. Both simulated and real experiments compare the calibration and the measurement error of the proposed method with the two traditional methods. The results show that the proposed approach has higher measurement accuracy and more robust than the traditional methods, which meet high-precision requirements for low-cost three-dimensional measurement applications.     

基于双目视觉的目标定位系统设计

基于双目视觉原理进行目标定位可以得到目标的深度信息。本文对双目视觉关键技术中的摄像机标定和立体匹配进行深入研究,采用改进的平面标定法和基于外极线约束和灰度相关性的立体匹配算法。搭建双目视觉系统实验平台,编制目标定位程序。实验结果验证本文方法的准确性。     

一种新型的双目立体视觉测量方法的研究

提出了一种双目立体视觉测量方法,该方法将光条投射到被测物体表面,简化了匹配过程,提高了匹配速度和精度。同时,测量系统加入了平移和回转平台,实现对被测物体的回转扫描,解决双目立体视觉技术的遮挡问题。最后进行了测量实验,验证了本文提出的测量方法的正确性和有效性。     

白车身视觉检测系统中视觉传感器的可修复技术

针对白车身视觉检测系统中组成立体视觉传感器的两个摄像机,在光照不理想的情况下难以获得理想的立体像对,或某个摄像机损坏导致系统不能正常工作的情况,提出视觉传感器可修复技术.在立体视觉测量模型基础上,借助线结构光投射器,引入结构光测量技术,利用立体视觉传感器和左、右两个结构光传感器同时实现特征点的测量,大大提高了测量数据的稳定性和可靠性.研究结果表明,该技术切实可行,计算出的空间点距离与实际距离真值相对偏差优于0.5%,可以很好地完成修复任务,从而实现特征点的不间断测量.