基于平面基线靶标的视觉测量数据拼接方法

针对视觉测量中三维数据的拼接问题,提出一种基于平面基线靶标的数据拼接方法。该方法利用平面基线靶标提供特征点,建立视觉传感器在相邻位置坐标系旋转矩阵和平移矢量各参数的优化目标函数,通过Levenberg—Marquardt优化算法求解出旋转矩阵和带有未知系数平移矢量。在此基础上,利用平面靶标上的基线长度确定平移矢量系数,从而求得数据拼接矩阵。利用平面靶标上100个点进行拼接试验,计算出x、y和z坐标拼接RMS误差分别为0．038 mm、0．022 mm和0．135 mm。结果表明该方法柔性好,适用范围广。     

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。     

基于单次成像的三维形貌拼接技术

针对大型物体的三维形貌测量,研究基于辅助靶标的三维形貌拼接技术,并在此基础上提出单摄像机单次成像求解转换矩阵的方法.该方法通过单摄像机单次成像,结合控制点的边长约束,求解出全局坐标系同局部测量坐标系的转换关系,进而将局部测量数据统一到全局坐标系下,实现拼接.此方法避免采用单摄像机多摄站测量时带来的繁琐操作以及产生的相关问题,大大提高拼接的速度,并且可以保证较高的精度.     

大尺度钢板的三维测量和拼接

提出了基于投影的三维测量拼接方法,用于测量大尺度钢板表面的三维形状。首先,利用光学扫描仪、背景投影仪两种装置实现大尺度钢板的三维测量。其中,三维光学扫描仪负责测量大尺度钢板不同部分的三维数据,背景投影仪用于向被测钢板投射背景纹理;然后,利用基于随机抽样一致性算法(RANSAC)的拼接算法,将不同时刻测量的局部三维数据进行拼接,得到完整的钢板三维数据;最后,提出了一种拼接误差的评价方式来检验拼接精度。实验结果表明:所提方法的单次拼接精度为0.5mm左右;测量一个7.5m长的钢板,其累计拼接误差为2mm左右。得到的结果基本满足船舶外板加工的精度要求,具有较高的实用价值。     

形貌视觉测量中立体拼接靶标的设计及应用

设计了一种正六棱柱形状的立体拼接靶标,以靶标侧面6个棋盘格的角点作为全局控制点。基于近景摄影测量技术,建立立体靶标的6个单元模型,通过计算模型内摄站间的相对位姿,推导出棋盘格角点在所属单元模型的局部坐标。以公共棋盘格为中介,确立相邻单元模型的坐标系转换关系。建立靶标的全局坐标系于1号棋盘格,推导该棋盘格平面与其像平面间的单应性矩阵,从而确立全局坐标系和1号棋盘格所处单元模型的坐标系的转换关系。依次递推实现全局坐标系和每个单元模型坐标系的转换,进而计算出全部靶标角点的全局坐标,再经光束平差算法获取精确值。以玻璃表面棋盘格的角点间距作为评价指标,拼接精度优于0.15 mm/m。基于立体拼接靶标的拼接试验表明,实体模型表面4个子区域的局部点云可被精确地拼接成整体点云。与基于全局控制点和平面靶标的拼接方法相比,本方法亦具有更高的拼接精度。     

基于单目视觉的自由曲面三维坐标测量方法

本文将单摄像机与三坐标测量机结合设计了一种自由曲面的三维坐标测量方法.自由曲面的表面经坐标测量机带动摄像机序列采集图像后形成图像体积,然后使用调焦评价函数在图像体积内寻优判断,找到自由曲面的正焦图像表面.根据物像关系式和正焦图像表面即可推得自由曲面点的三维坐标.经实验比较,本系统测量结果与接触式坐标测量机测量曲面点Z坐标极限偏差13 μm.     

复杂铸件的三维测量

针对复杂铸件尺寸大,结构复杂,槽、腔多,测量时需兼顾测量效率和槽腔可测性的特点,提出了一种大视场双目光栅测量子系统和小视场光栅测量子系统相结合的立体视觉测量方法。该方法使用前者测量复杂铸件的外部可测部分;使用后者测量复杂铸件的槽腔等被遮挡部分。建立了两个测量子系统的数据拼接模型,给出了数据拼接模型参数的定标方法。最后,通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明：该系统测量数据拼接的均方根误差（RMSE）为0.22 mm,满足复杂铸件测量的精度要求。相比传统测量方法,该方法兼顾了测量复杂铸件速度快和可以灵活测量槽腔等被遮挡部分的特点,对工程应用具有实际指导意义。     

空间三维测量技术的研究

本文研究了空间三维测量技术,提出了全新的三坐标测量机测量坐标转换方法、建立了经纬仪测量系统、视觉检测系统的数学模型,从而解决了复杂零件、大型工件的现场测量以及生产线的在线快速检测的问题。本文的方法和数学模型已经成功地在实际工作中应用,获得了令人满意的结果。     

大面积形体三维测量数据拼接技术的研究

大面积形体三维无接触测量,一般采用多视场测量和测量数据拼接的方法,存在积累误差大、测量精度低的问题.采用框架拼接法,通过编码标志点的匹配,求得标志点的空间三维坐标,完成物体空间框架的重构;然后通过局部三维扫描点云与空间框架之间的特征点的提取,得到一组匹配点对,运用SVD矩阵分解算法求出旋转矩阵R和平移向量T,实现局部三维扫描数据的精确拼接.实例表明,该方法有效地提高了大面积形体三维测量的精度.     

大尺寸工件在机视觉测量的图像拼接方法

大型工件在制造过程中需要拆卸到坐标测量机上进行测量,造成效率低下、质量不易控制等问题。本文提出一种用于大尺寸工件在机视觉测量的图像拼接方法。将摄像机安装在数控机床上,通过控制机床工作台移动,摄取多幅图像,并对其进行高精度拼接。探讨了图像拍摄规则、重叠图像对的合理定义、角点提取和射影变换矩阵的计算问题。尺寸测量结果验证了该方法的有效性和高精度、高效率。     

基于三维模型的空间目标视觉位姿测量

传统空间合作目标视觉测量技术的适用范围受合作标志安装情况的限制。以边缘轮廓为合作特征,通过三维结构模型建立合作关系,提出一种适用范围更广的空间合作目标视觉位姿测量方法。方法生成不同观察方位的二维目标特征模板与测量图像进行搜索匹配,采用轮廓方向特征对匹配度进行评价,从最优匹配结果中解算目标位姿参数。采用离线预处理策略和两阶段图像金字塔搜索优化方法对处理过程进行加速。通过数字仿真试验和半实物仿真试验对方法的准确性和稳定性进行了验证,垂直光轴方向位置测量绝对误差优于2 mm,沿光轴方向位置测量相对误差优于0. 7%,姿态测量绝对误差优于0. 2°,单次位姿测量用时小于0. 5 s,能够满足空间目标导航需求。     

采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接算法

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵,将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。对平面靶标上100个点进行两次测量,实验结果表明：单次测量精度为0.08mm,拼接均方误差小于0.237mm。该方法操作简单、可行,能满足一般的精度要求。     

立体视觉与空间编码技术相结合的非接触三维曲面测量系统

介绍了立体视觉技术在三维型面非接触测量中的应用。将立体视觉与空间二进制编码技术相结合，针对大型或回转型工件，采用分区域测量拼接技术，得到完整的曲面数模，并开发了测量系统。介绍了系统主要功能，包括系统标定、空间编码、双目配准、空间坐标的反求、三维拼接以及曲面重构，对飞机蒙皮成形模具型面进行了分块测量和拼接试验，结果表明本系统工作可靠、测量精度高，验证了其实用性。     

基于分支限界的三维曲面全局配准方法

在三维测量中常需要将测量点云数据与已知曲面模型进行配准。采用隐式函数建立点云数据到曲面模型的距离场,进而进行非线性优化求解可以有效提升配准效率。然而由于点到曲面的近似距离及刚性变换的约束,其误差函数呈现非凸性而导致迭代极易陷入局部最优。为实现全局配准,提出了一种利用分支限界算法搜索点到曲面近似距离平方和误差函数最小化变换参数的方法。通过确定刚体变换参数空间中误差函数的上下界限加快搜索,并结合一种等效距离公式的LevenbergMarquardt算法优化的局部配准方法加速收敛并保证配准精度。三维模型的配准实验与分析验证了本文全局配准方法的有效性。     

Attitude-sensor-aided in-process registration of multi-view surface measurement

A novel method for in-process registration of 3D point clouds scanned from different views is presented. A miniature attitude sensor, which can output its pitch, roll and yaw angles in real-time, is mounted on the scanner. The relative pose between the attitude sensor and the scanner is calibrated in advance by a simple yet effective algorithm. When the scanner is moved from one standpoint to another in a measuring process, the real-time readings of the attitude sensor is utilized to compute the rotation movement of the scanner. After applying the rotation transformation to the current point dataset, the translation movement is efficiently determined by exploiting the normal vector constraint between the correspondence points. The rigid transformation obtained fully automatically can serve as a qualified initial estimate for further fine registration. Experiments demonstrate the applicability of the proposed method.     

Stereo vision for 3D measurement: accuracy analysis, calibration and industrial applications

This paper evaluates the accuracy of different camera calibration and measurement methods used in 3D stereo vision with CCD cameras. These methods are evaluated by means of several precision tests, determining their error limits under specified conditions of operation. To check the precision of such systems, a CMM and some calibration objects, such as grids, plates, spheres, etc. are used. Two practical applications are described: a cost-effective system for the measurement of free-form surfaces, able to generate CAD models and measuring programs for CMMs. The system aims to reduce some difficulties associated with stereo vision and to speed up the traditional digitizing process. The other application involves car frame measurement. A new automatic measuring system has been developed, allowing contactless car frame measurement through two rotating CCD cameras.