基于立体视觉的旋翼共锥度动态测量系统精度分析

为了提高基于立体视觉的直升机旋翼共锥度动态测量系统的精度和可操作性,全面分析了其测量误差。首先,介绍了测量系统模型及误差来源;其次,分析了双目立体视觉静态三维测量的误差;再次,针对旋翼共锥度的多目标动态测量特点,分析了系统安装误差对共锥度解算精度的影响;最后,利用原理样机进行了6 058次静态测量重复实验,通过统计分析可知静态测量误差小于1.4 mm。对动态测量误差进行了仿真实验分析,给出了各参数对精度影响的量化结果,为实际共锥度测量的误差控制提供了理论依据。在标记点安装精度小于10 mm的情况下,动态测量误差小于3.5 mm,合成产生的总测量误差小于4.9 mm,能满足旋翼共锥度动态测量精度要求。     

双目立体视觉测量模型与同名点匹配研究

根据几何成像原理建立起双CCD立体视觉系统的数学模型,但是立体视觉测量中同名点的准确匹配始终是一个难题.利用基于区域匹配的方法,在使两CCD关于XZ平面绝对对称,即同名点在OXYZ坐标系下x值相同的前提下,提出了一种将二维面上平移范本转变为在一维线段上平移范本进行同名点识别的方法,解决了区域匹配方法计算量大的问题,提高了同名点匹配的速度和精度.     

基于结构光辅助的网格候选点三维测量方法

光学三维测量技术是计算机视觉领域中最为活跃的研究主题之一.针对双目立体视觉三维测量方法中无纹理物体表面测量误差较大的问题,提出一种基于结构光投影辅助的网格候选点三维测量方法.设计灰度单调变化的锯齿波图案投射在被测场景中,有助于使三维网格候选点投影像点间的灰度差异最大化,依此提高系统的测量精度,实现了主动测量方法和被动测量方法的有效结合.通过3DS MAX和MATLAB软件平台下的仿真实验,验证了结构光辅助的网格候选点测量方法在计算精度上具有明显优势,且不会增加系统的复杂度,扩展了网格候选点三维测量方法的适用范围.     

双目立体视觉运动机构的设计

根据双目立体视觉系统的测量原理,在分析双目立体视觉系统测量误差主要来源的基础上,针对减小误差、调节方便的要求,设计了一套双目立体视觉运动机构。叙述了其机构的工作原理和特点,着重阐述了保证运动精度的水平调节机构和平行调节机构的原理、工作过程和设计计算。     

基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统的标定

研究了基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统的标定技术。首先,基于单台高速摄像机和两组反射镜组构建虚拟立体视觉测量系统,建立高速摄像机透视投影变换模型以及虚拟立体视觉三维测量模型,对虚拟立体视觉系统中摄像机及虚拟立体视觉传感器进行标定。用靶标基准球模拟气泡在水中的分布,以其空间距离作为测量评价指标,比较了不同标定方法对三维重建精度的影响。实验结果表明,将标定参照物置于水箱内,并且分别对左、右虚拟摄像机及传感器进行标定,三维重建精度最高,测量空间距离绝对误差优于0.13 mm,相对误差优于0.49%。实验认为,对基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统进行标定时,必须充分考虑折光分光光路以及管壁折射对三维重建所带来的影响。     

CCD双目视觉测量系统结构参数设置的理论研究

重点讨论了如何在实际应用双目测量系统的过程中合理设置系统结构参数以提高该系统的测量精度,首次在理论上对系统测量精度与系统结构参数之间的关系作出了系统、详尽的分析,并通过试验对结论作出了验证.研究内容对实际设置该测量系统具有指导性作用.     

双目视觉测量系统结构参数设计及精度分析

为提高视觉测量系统的测量精度,针对双目视觉系统结构,采用三角法建立了双目视觉测量系统的结构参数模型,分析了双目视觉系统结构参数与空间被测点之间的关系特性,研究了各结构参数对测量精度误差分布的影响,根据仿真结果给出了小误差时的结构参数的最佳取值范围。     

双目视觉测量系统结构参数设计及精度分析

为提高视觉测量系统的测量精度,针对双目视觉系统结构,采用三角法建立了双目视觉测量系统的结构参数模型,分析了双目视觉系统结构参数与空间被测点之间的关系特性,研究了各结构参数对测量精度误差分布的影响,根据仿真结果给出了小误差时的结构参数的最佳取值范围。     

应用CMM实现非接触视觉测量的改造

针对光学坐标测量机售价昂贵，难以在国内厂家普及的实际情况，结合立体视觉测量非接触快速测量的坐标测量机可在大范围内准确运动的优点，应用立体视觉测量技术对后者进行了改造，可在一定精度范围内替代光学坐标测量机，此外，还通过试验对其测量精度进行了验证。     

构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉标定

为了提高立体视觉系统在大视场下的测量精度,基于误差溯源思想提出了一种构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉系统标定方法,克服了大尺寸高精度标定物难以制造等问题。对影响立体视觉系统测量精度的主要因素进行分析,列出视觉测量系统的误差溯源链,解析了大视场视觉系统精度瓶颈的原因。借助激光跟踪仪,运用非线性最小二乘单位四元数算法求解坐标系刚体变换,获取大范围高精度的空间点阵,构建虚拟靶标。在相机畸变模型中考虑了三阶径向畸变和二阶切向畸变参数,并使用Levenberg-Marquardt迭代算法进行标定参数求解,进一步提高系统精度。实验构建了一套测量空间约为4m×3m×2m的双目立体视觉系统,通过对某型号高精度直线导轨进行点距测量,在测量距离3m处,152组不同长度的横向距离测量的误差算术均值为-0.003mm,误差标准差为0.08mm。测量精度相较于传统的平面标定法有较大提升。     

Volumetric error modelling of a stereo vision system for error correction in photogrammetric three-dimensional coordinate metrology

Optical three-dimensional coordinate measurement using stereo vision has systematic errors that affect measurement quality. This paper presents a scheme for measuring, modelling and correcting these errors. The position and orientation of a linear stage are measured with a laser interferometer while a stereo vision system tracks target points on the moving stage. With reference to the higher accuracy laser interferometer measurement, the displacement errors of the tracked points are evaluated. Regression using a neural network is used to generate a volumetric error model from the evaluated displacement errors. The regression model is shown to outperform other interpolation methods. The volumetric error model is validated by correcting the three-dimensional coordinates of the point cloud from a photogrammetry instrument that uses the stereo vision system. The corrected points from the measurement of a calibrated spherical artefact are shown to have size and form errors of less than 50 μm and 110 μm respectively. A reduction of up to 30% in the magnitude of the probing size error is observed after error correction is applied.     

飞机结构件运动数据的动态视觉测量系统

基于近景摄影测量理论和立体视觉技术,提出并实现了一种针对机身结构件在飞行状态下的轨迹、姿态、位移、变形等多种运动数据的动态视觉测量方法.研究了基于工业近景摄影测量的多相机快速自标定方法;飞行状态下相机动态定位及抖动消除技术;刚性结构件的运动轨迹及姿态的快速求取和通过多相机(≥3)协作实现非编码标志点阵列的精确匹配等多项关键技术.在模拟飞行环境下的实验结果表明,相机标定的重投影误差小于0.03 pixel,系统的运动轨迹姿态测量精度可达0.01 mm/1 m,关键点位移变形测量精度可达0.05 mm/1 m,基本满足飞机测试行业的精度和可靠性测量标准.     

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。     

A cross-target-based accurate calibration method of binocular stereo systems with large-scale field-of-view

This paper presents an accurate calibration method of binocular 3D measurement systems for industrial on-site inspection, which uses a cross target with ring coded points. The cross target can be used to calibrate large-scale field-of-view stereo measurement systems and obtain higher measurement precision conveniently. The world coordinates of these ring coded points are not required. All we need is the distance of two ring coded points as a scale. A new calibration model with 10 distortion parameters for each camera is proposed. The calibration initial values are computed using the relative orientation method and the Direct Linear Transform (DLT) method of photogrammetry. The bundle adjustment algorithm is used to optimize the calibration parameters as well as the 3D coordinates of the ring coded points. Experiment results show that the RMS error of the reprojection in our method is less than 0.05 pixels and the measurement error is 0.011 mm compared with the Coordinate Measuring Machine (CMM).     

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。     

Correlation analysis of couple optical paths for micro stereovision with stereo light microscope

A micro stereovision system with a stereo light microscope (SLM) has been applied in micromanipulation systems. There is a coupling connection between two optical paths of a stereo light microscope. The coupling intension corresponds with two factors: the structure of an SLM and the position of an object point in the view of an SLM. In this paper, a correlation function is proposed to describe the coupling intension between the couple optical paths of an SLM. The quantified results are applied to the error analysis of the imaging model. Experiments show that the correlation of the optical paths of a common main objective of stereo light microscope (CMO-SLM) is little more than that of a G-SLM, and the error must be considered when a pinhole imaging model is used to analyze its correlation.     

Image-based visual servoing control of a SCARA robot

In this paper, we present a new approach to visual feedback control using image-based visual servoing with stereo vision. In order to control the position and orientation of a robot with respect to an object, a new technique is proposed using binocular stereo vision. The stereo vision enables us to calculate an exact image Jacobian not only around a desired location but also at other locations. The suggested technique can guide a robot manipulator to the desired location without providing a priori knowledge such as the relative distance to the desired location or the model of an object even when the initial positioning error is large. This paper describes a model of stereo vision and how to generate feedback commands. The performance of the proposed visual servoing system is illustrated by experimental results and compared with conventional control methods for an assembly robot.     

测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.011 6",优于2"(1σ),满足立体测绘精度的要求。