结构光三维测量系统的建模与标定

改进了结构光三维测量系统的数学模型,将投影仪的内外部参数引入其中,并在该模型的基础上采用了一种投影仪标定的新方法.为了提高黑白摄像机在暗区的对比度用红/蓝棋盘代替了黑/白棋盘.将投影仪看作是摄像机的倒置,统一了标定摄像机和投影仪的方法.在3dMA×仿真环境下分别标定了摄像机和投影仪,标定实验的相对误差小于0.32%.利用已经标定的结构光三维测量系统进行重构仿真实验,测量误差小于0.136mm.     

远心镜头在回转体测量系统中的应用

介绍了一种接触测量和非接触测量相结合的回转体测量系统,分析了远心镜头在非接触测量部分的应用。阐述了回转体测量系统的结构和测量方案;讨论了待测回转体的特性参数,指出为了提高测量速度需尽可能采用非接触测量方法;使用远心镜头和平行光源进行了相关实验。结果表明:远心镜头的平行投影能有效地解决回转体工件平面特征成像轮廓线的干扰问题。     

一种新的基于结构光的三维视觉系统标定方法

在视觉系统的标定中，确定三维空间点与图象上对应点所组成的样本点对的坐标是问题的关键，为提高样本点的定位精度，通常采用棋盘格形状的图案，取其中的交点作为样本点．但在应用平面结构光的三维视觉系统中，样本点又必须在结构光平面中，无法应用上述方法，使得样本点的定位很困难，为了解决这一问题，我们提出了一种新的标定方法，该方法利用交比不变性原理，借助一块特殊设计的标定块，可以方便准确地确定样本点的位置．在此基础上完成了三维视觉系统的标定，文章给出了实验结果和标定精度，以及进一步提高精度的措施．     

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．     

结构光系统的自动标定

提出一种基于单应矩阵的摄像机自动标定算法。讨论摄像机焦距为恒定和任意变化两种情况下求解摄像机内参数的计算方法:论证空间平面诱导单应矩阵的性质,利用该性质不但能求出摄像机外参数,还可得到空间平面法向量和单应矩阵方程的比例因子。该算法在求解过程中不需要非线性迭代,可以直接获得解析解,实验表明该算法具有很好的准确性、普遍性。     

一种新的基于结构光的三维视学系统标定方法

在视觉系统的标定中，确定三维空间点与图象上对应点所组成的样本点对 挫 标是问题的关键，为提高样本点的定位精度，通常采用棋盘格形状的图案，取其中的交点作为样本点，但在应用平面结构光的三维视觉系统中，样本又必须在结构光平面中，无法应用上述方法，使得样本点的定位很困难，为了解决这一问题，我们提出了一种新的标定方法，该方法利用交比不变性原理，借助一块特殊设计的标定块，可以方便准确地确定样本点的位置。     

基于线结构光的三维测量系统转轴快速标定方法

为了标定基于线结构光的三维测量系统中的旋转轴,提出了一种基于圆锥体参照物的快速标定方法。将一个圆锥体的参照物固定放置在旋转平台上,控制旋转台每隔一定角度旋转一次,分别采集每个位置的图像,对图像预处理后,提取圆锥体的亚像素边缘,通过拟合圆锥体边缘直线,计算得到两条边缘直线的空间直线方程,并利用Levenberg-Marquardt迭代法计算出空间中距离两条边缘直线最近的点作为圆锥体的顶点,然后根据得到的所有顶点拟合出所在的空间平面及空间圆的圆心,根据平面的法向量和圆心点建立起旋转轴的直线方程,完成旋转台的转轴标定。实验结果表明,该标定方法具有较高的标定精度。     

一种结构光三维扫描仪系统自动标定法

针对棋盘格特点设计新的棋盘格角点提取算法,利用标定棋盘格的特点实现了亚像素级的角点坐标自动化提取。实验结果证明,方法实现标定自动化的同时也保证了较高的标定精度和鲁棒性。     

基于线结构光的三维坐标测量技术研究

传统的口腔修复体三维点云数据测量技术难以满足精度要求。为此,提出一种基于线结构光的三维坐标测量方法。在摄像机标定过程中,采用最小二乘法计算光平面方程,使用平移扫描和旋转扫描获取物体表面三维数据,以避免求解摄像机内外参数。实验结果表明,重建后的三维模型可以满足高精度近景三维测量的要求。     

基于十字线结构光视觉测量系统

为了将线结构光视觉测量原理应用于零件二维轮廓的同时检测,文中使用了十字线激光器作为结构光投射器,它将在空间中形成相互垂直的两个光平面,配置一个CCD相机就组成了一个十字线结构光视觉测量系统。基于计算机视觉技术,文中重点介绍了该视觉测量系统的标定参数及方法,利用光平面的共面性推导了系统的测量原理,建立了两个光平面相应的数学模型,并用其实现了对零件的非接触二维轮廓曲线的测量,验证了模型的正确性和可行性,且方便快捷。     

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.     

基于非对称双相机结构光的三维扫描系统

提出一种基于非对称双相机结构光的三维扫描系统方案。采用结构光法测量深度,采用非对称布置的两台相机,在不降低系统精度的情况下减少遮挡的影响。分析了系统中两相机的成像关系,提出了系统定标和深度测量的算法。实验结果表明,该方法是有效的。     

结构光与双目视觉相结合的三维测量

在三维测量技术中,传统的双目立体视觉方法计算量大,对没有明显特征的图像,匹配精度较低。本文将基于结构光的三维测量技术与双目成像技术相结合,解决了特征点搜索的困难,提高了测量的精度。与传统结构光成像技术相比,采用常规的双相机立体标定,不需要进行投影仪标定,降低了系统的复杂性,提升了系统的可操作性和灵活性。最后,运用该技术进行三维测量实验,测量结果表明了该技术的可行性。     

低成本微型结构光动态三维重建系统研究

基于激光散斑投射的结构光技术只需单张图像即可实现三维重建,是重要的动态测量手段之 一。然而,散斑结构光技术在实际中的测量精度较低,无法满足精确测量需求。该研究开发了一套低 成本微型结构光系统,提出一种高精度的双目摄像机标定优化方法以及基于两步旋转的立体图像校正 方法,提高了系统参数的标定和测量精度。其中,测量系统由一个微型的光学发射器和两个摄像头组 成。通过将带有伪随机斑点的单张图案投影到目标对象的表面上,并通过双目相机成像,最终利用特 征匹配和三角原理恢复目标的深度和轮廓信息。经测试,所提出的微型结构光系统在使用优化的标定 和校正参数的条件下,对圆球、圆柱等标准体的测量精度相比传统标定方法显著提升。其中,球体重 建误差为 1.05 mm,精度提升 52.38%;圆柱重建误差为 1.61 mm,精度提高了 63.98%。     

一种利用平行结构光的3D重构算法

论文提出了一种简便的采用等间距平行结构光的3D重构算法。算法不需要对摄像机进行标定,只需求解参考平面的像到参考平面的单应矩阵和光平面的像到光平面的单应矩阵,利用所求得的单应矩阵便可以从空间物体在结构光照射下的图像求出物体的3D坐标。实验表明算法计算简单、行之有效。     

改进格雷码结构光双目视觉工件3D测量

机器人喷涂、焊接、研磨等现代制造过程,通常需要获取工件3D几何形状信息以实现路径自动规划。针对此需求,提出了一种改进灰度编码的结构光双目视觉成像与三维测量系统。在离线标定获得相机参数的基础上,采用黑白反向重投影方法解决传统格雷码结构光成像中边界模糊问题;同时,提出快速区域块搜索算法,用于立体匹配和视差图生成;最后,采用Lanczos插值算法填补遮挡造成的视差图空白,从而获得完整的深度信息,实现工件高精度3D重建。实际工件成像实验结果表明：该方法能够实现工件快速、高精度三维重建,尤其对无纹理和弱纹理目标能获得较好的结果,能够满足工业环境测量需求。     

一种基于激光结构光的焊缝跟踪视觉传感器

焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键.本文在总结不同焊缝跟踪传感器研究的基础上,设计了一种基于激光结构光的视觉传感器.针对不同类型焊缝(V形、U形坡口焊缝、搭接、对接焊缝和第一道焊焊缝、多道焊焊缝等)的图像特点,开发了焊缝激光图像处理模块库,可以提取出焊缝特征点位置坐标,实现焊缝跟踪.实验证明,传感器具有较高的精度和可靠性,并对焊缝跟踪系统具有一定的普适性.