随机模式投影双目测量系统中的单目测量

为克服基于随机模式投影的双目立体测量系统中的局部高光和自身遮挡,提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先,给出了一个标定算法,该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像(称为标定图像),就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线,无需标定投影镜头畸变,且精度不受投影镜头畸变的影响。然后,将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配,根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后,采用标准平面和圆柱面对该方法进行测量精度验证,并给出了具体的测量实例。实验结果表明,标准试件拟合面的平均偏差0.02mm,测量不确定度0.05mm(3σ)。综合两个单目测量单元进行测量,能有效避免因高光和遮挡等原因引起的点云数据缺失。     

单摄像机结构光扫描系统中投影仪标定技术

传统的单摄像机、单投影仪三维扫描系统,利用相位值计算被测物体的高度信息,可操作性差,且测量精度不高.将立体视觉的三维重构技术引入到单摄像机、单投影仪扫描系统,利用相位值实现投影仪与摄像机的匹配,根据双目视觉的原理进行三维重构,测量精度明显提高.该技术的关键是投影仪的定标,研究了基于相位匹配技术的投影仪标定算法,实验结果验证了该算法的可行性.     

用于三维变形测量的数字图像相关系统

针对材料力学实验中的三维变形测量,提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定,图像相关算法,三维重建,以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法,该算法采用10参数镜头畸变模型,不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配,针对非线性优化初值难求的问题,提出了一种基于种子点的初值计算方法,为非线性优化提供了可靠的初值。最后,介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明,标定结果的重投影误差为0.03 pixel,图像匹配的误差约为0.02 pixel,静态外形及位移的测量精度为0.05%,应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比,本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。     

一种基于立体模板的双目视觉传感器现场标定方法

给出了一种基于立体标定模板的双目视觉摄像机内、外部参数现场标定方法.该方法采用理想小孔模型忽略摄像机镜头的非线性畸变,把透视变换矩阵中的元素作为未知数,在已知一组三维空间特征点坐标及其对应的图像点坐标时,利用线性算法求解出透视变换矩阵中的各个元素,进而得到所需的参数.最后采用立体标定模板对该标定算法进行了实验验证,用标定完成的立体视觉传感器对已知长度进行测量,相对精度达到了0.02%,取得了较为理想的结果.结果表明:该方法由于无需迭代,因此计算速度快,在测量现场只需摆放一次标定模板即可完成标定,可高精度地实现摄像机内、外部参数的现场标定.     

改进的精密测角法标定面阵摄像机参数

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法,标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系,在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响,并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计,从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示,当图像特征提取精度为0.1pixel,二维转台精度为0.5″时,主点标定精度可以达到0.56pixel,焦距标定精度可以达到0.06mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定,通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差,可知本文算法的误差是经典精密测角法的68.6%,由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。     

双目立体视觉测量系统的标定

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定,但是标定精度较低,故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物,仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程,即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定;同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明:该方法标定精度能够达到0.51%,可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难,以及摄像机自标定过程中算法冗杂,标定精度不高等问题,该方法操作简便,精度较好,适用于大视场双目测量系统的在线标定。     

基于非量测畸变校正的摄像机标定方法

为了保证镜头畸变系数标定的一致性和简化视觉测量中摄像机的在线标定过程,建立畸变分离的摄像机模型,提出基于非量测畸变校正的摄像机线性标定方法。基于共线点的透视投影不变性,采用大量共线特征点对定焦镜头的畸变参数进行一次标定,摄像机内部参数可以由校正畸变后的特征点进行线性标定。该方法将畸变参数从摄像机模型中分离出来,不需要将畸变参数纳入到摄像机模型中进行多次重复标定。试验结果表明,畸变分离摄像机模型很好地符合了定焦摄像机的成像规律,基于非量测畸变的摄像机参数线性标定方法与传统的非线性优化标定方法的标定精度相当,标定速度提高近3倍,对于简化摄像机标定过程,提高视觉测量的便捷性,拓宽机器视觉的工程应用具有重要意义。     

基于结构光技术的高光表面三维测量方法

分析了结构光技术对高光表面无法完整测量的原因,提出一种双目多次曝光测量和投影仪-摄像机单目测量相结合的三维测量方法。双目结构光系统中的两个相机采用不同的曝光时间采集一系列光栅条纹,并从每次曝光中选择高质量像素解相。将每次曝光的选择结果拼合成一张完整的相位图,并通过三角原理法计算三维坐标。双目结构只对左右相机可视区域测量,投影仪-摄像机单目测量避免了由于某个单摄像机视线存在高光或遮挡等原因引起的三维测量数据缺失问题,有效提高了测量结果的完整性。实验表明,上述方法测量高光表面具有良好的效果,系统测量精度可达0.06mm。     

双目立体摄影测量中的标定方法

针对立体摄影测量中的双目立体摄影测量,利用透视变换方法及矩阵转换知识建立了双目立体摄影测量系统的空间三维坐标数学模型,提出一种不需要迭代求解摄像机参数的标定方法,避免了迭代算法收敛速度慢、耗时多的缺点。该标定方法只需对标定板在不同角度拍摄一组图像,在无需控制任何运动参数的情况下,通过成像过程中不同坐标系之间的转换,实现了像素坐标与基准坐标之间的直接转换。该算法快速、精确、简便。实验结果表明,该标定算法可达到相对误差为0．2的精度。     

三维激光扫描数据采集系统的摄像机标定技术研究

在计算机视觉激光扫描测量系统中 ,物体的空间坐标与计算机图像坐标之间存在着复杂的非线性映射关系。通过建立基于一阶径向畸变的摄像机数学模型 ,用线性方程组描述了三维空间坐标点与计算机图像坐标点的关系 ,利用带有 3 0个标准圆孔的金属平面孔型靶标对由两个摄像机构成的摄像机参数标定 ,提出“两步法”对摄像机模型参数逐步求解 ,从而彻底改变了传统的摄像机标定依赖于非线性优化方法。实验证明 ,这种标定新技术较以往算法更为快速、简便、实用 ,精度更高     

快速离焦投影三维测量技术

随着数字投影技术的发展,基于投影的三维面型测量技术在多种场合得到广泛应用。基于相移的结构光投影测量技术以其算法简便精度较高得到较快发展。但投影仪为非线性仪器,会影响强度变化,进而影响相位测量精度;此外由于投影仪工作原理的投影速度受到限制。离焦投影技术的出现为高速测量和高精度测量提供了新的方法。总结了目前国内外对离焦投影技术的研究现状;从投影工作原理、相移算法、解包裹算法、误差补偿、条纹调制、标定技术及离焦投影技术的相关技术细节进行全面介绍,为数字离焦投影三维测量工作的研究提供参考。     

基于多频外差相移结构光的三维测量系统

基于相位投影和双目视觉的三维光学测量系统已经广泛应用于各领域。系统通过平板标定技术得到摄像机的内参和外参;针对格雷码与相移结合技术在测量物体边缘位置解相位误差大的问题,采用多频外差原理的测量方式,使用拟合负指数求解像素点的绝对相位,使用对极几何进行亚像素立体匹配。实验证明:该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据,测量标准偏差为0.03 mm。     

基于新的系统数学模型的三维形貌测量法

提出新的测量系统数学模型,将投影仪投射光场视为由相位值唯一标识的光投射面的集合所形成的空间,将摄像机成像模型视为一种由成像点图像坐标确定的成像射线形成的集合,将被测点视为所对应的投射面与成像射线的交点。以此为理论基础,采用逆向求解法建立投影仪的数学模型,避免显示标定投影仪的复杂操作过程。将离心畸变与径向畸变分解为两个独立的过程顺序求解,再使用小孔成像模型建立消除畸变后的摄像机数学模型。采用平面靶标自由移动法采集足够多的标定数据,对标定靶的尺寸与位置要求不严,并且在不要求标定数据充满整个视场空间的情况下仍可获得完整的标定结果。本标定过程对系统位置无任何严格要求,同时摆脱对精密位移装置的需求,并有效地消除摄像机与投影仪镜头畸变所产生的标定误差。     

Calibration and analysis of eccentric error of the laser rotary-scanning measurement system

A laser rotary-scanning measurement system was developed for the reverse engineering of 360° objects. The system is constructed by an optical head and a rotary indexing. The optical head is composed of a laser diode strip-light projector and dual CCD cameras. Based on the principle of structured-light triangulation, a laser line is projected onto the object upon which the distorted line is captured by dual CCD cameras from left and right simultaneously. By processing a series of line fittings from the discrete angular positions of an object, the entire 3D profile can be reconstructed. Since the actual space coordinates of the object are computed according to the geometric relationship between the coordinate of optical head system and the coordinate of the rotary indexing systems, if these two coordinate systems are not in good alignment, errors in the computed coordinates will be introduced.This paper describes the influences of the alignment and eccentricity errors of the laser rotary-scanning measurement system on the computed geometrical profile. Calibration procedures are then proposed to adjust the alignment to avoid image distortions and thus enhance the system accuracy. Experimental results show that this easy-to-use calibration procedure can significantly improve the accuracy of the system.     

一种线结构光自扫描测量系统的研究

为了实现对复杂自由曲面的快速精确测量,提出了一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全视觉自扫描测量系统。该系统利用光学三角法确定了一种新的测量物体表面三维坐标的方式。基于该方式,此测量系统使用平面靶标实现了对摄像机内部参数的标定,借助振镜转动驱动激光平面完成了对摄像机视场内被测物体的扫描,最终根据激光平面方程和计算机二维平面图像信息获得了被测物体的三维数据。试验结果证明,该系统能以较快速度实现自由曲面的精确测量。     

基于光栅投影的多摄像机标定方法

多摄像机是解决结构光测量系统中视场小和自遮挡等问题的有效方案,但同时由于摄像机分布广、无公共视场,存在全局标定困难的问题。提出了一种基于条纹投影的多摄像机标定方法。加入辅助设备投影仪并向视场内投影大幅面的条纹图案,借助相位算法建立起全局相位场,反求景物的投影仪虚拟图像。利用平面靶标标定摄像机的内参和投影仪的外参获取靶标平面的移动信息,进而求解相邻摄像机的位置参数。最后的优化过程中,再根据相位值对相邻摄像机的图像完成亚像素匹配,通过最小化重建偏差对系统参数进行迭代优化。在搭建的多摄像机三维测量系统上进行试验,结果表明本文的多摄像机标定和测量方案切实可行。     

Improving integrity of on-line grammage measurement with traceable basic calibration

The automatic control of grammage (basis weight) in paper and board production is based upon on-line grammage measurement. Furthermore, the automatic control of other quality variables such as moisture, ash content and coat weight, may rely on the grammage measurement. The integrity of Kr-85 based on-line grammage measurement systems was studied, by performing basic calibrations with traceably calibrated plastic reference standards. The calibrations were performed according to the EN ISO/IEC 17025 standard, which is a requirement for calibration laboratories. The observed relative measurement errors were 3.3% in the first time calibrations at the 95% confidence level. With the traceable basic calibration method, however, these errors can be reduced to under 0.5%, thus improving the integrity of on-line grammage measurements. Also a standardised algorithm, based on the experience from the performed calibrations, is proposed to ease the adjustment of the different grammage measurement systems. The calibration technique can basically be applied to all β-radiation based grammage measurements.     

Application of traceable sample area measurement in the calibration of online dry grammage measurement used in board production

A method is described for the simultaneous calibration of online grammage and moisture measurement by applying machine reel sampling and traceable sample area measurement. The area measurement is based on a flatbed scanner and image analysis. It is demonstrated that a relative uncertainty of 0.5% can be achieved in dry grammage calibration at the 95% confidence level. The determination of grammage and moisture were performed by applying the EN ISO 536 and the EN ISO 287 standards, respectively. The described technique can also be applied with the calibrations performed for the paper industry.     

光电编码器误差检测转台的动态精度标定

由于光电编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高,传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度,故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先,分析动态转台工作原理,指出了影响转台动态精度的主要因素。然后,研究了动态误差的主要特性,提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。最后,设计了FPGA+USB的数据采集电路,实现了对转台动态精度的标定。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示:提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定,验证了该转台能够实现对被检编码器的动态检测,解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。