一种双目立体视觉系统的误差分析方法

基于摄像机透视成像的针孔模型,分析了立体视觉中摄像机标定和三维重建过程的主要误差来源。基于各主要误差源的模型分析,建立了双目视觉系统3D测量误差与摄像机参数、基线长度、测量距离等因素之间的关系式。如已知相关参数,可以估算出双目视觉系统的3D测量精度,或根据3D测量精度要求,初步确定摄像机的内部各项参数和基线长度、测量距离等参数。     

光场相机视觉测量误差分析

光场相机通过一次曝光可以获取空间目标的位置和方向信息,具有重聚焦和多视角的特性,利用光场的这些特性可以进行视觉测量.本文对光场极平面图像视觉测量、重聚焦视觉测量、双目视觉以及多目视觉测量方法的测量原理和误差影响因素进行了理论分析,并通过实验验证了光场视觉测量误差跟不同视角基线长度,主透镜焦距大小,目标离相机的实际距离等结构参量的关系;理论分析和实验结果表明,由于相机基线较短,远距离测量误差较大,近距离测量具有较高的精度;在光场微透镜阵列大小有限条件下,采用多个视角组合的测量方法具有更高的测量精度.     

双目视觉系统的测量误差分析

通过对双目视觉测量系统的研究,建立了双目视觉测量系统的误差模型,并分析了系统结构参数对测量结果的影响。在理论上对系统结构参数(两光轴夹角、基线距离)与测量精度之间的关系进行了系统、详尽的分析,得出了测量系统的位置误差对距离方向上的精度影响较大;光轴夹角的变化对测量误差影响不大,而距离方向的误差随着基线距离的增加而减小的结论。本文建立的误差模型对具体的双目视觉测量系统的设计具有指导作用。     

立体视觉测量系统标定误差补偿

双目视觉测量系统利用三角测量法原理进行三维测量，其结构特性决定了测量误差随测量距离的增加而增大。针对测量误差的分布规律，该文提出基于局部视场的双目视觉测量系统优化方法。利用外在结构建立测量坐标系，减小标定和测量过程信息非一致性引入的系统误差；利用相机参数之间的耦合作用补偿系统固有参数标定误差并建立查找表，建立关于标定参数的虚拟映射。模拟实验最大误差小于0.03 mm，系统实验误差小于0.3%，实验表明优化后系统主要测量误差来源于探测器离散化引入的随机误差，双目视觉测量系统达到理论测量精度。     

基于主动散斑投射的水下双目视觉三维成像

基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建,适合于动态成像,但在水下应用时,存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足,以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立了基于主动投射散斑图案的水下双目视觉成像模型,分析了散斑图案对水下双目对应点匹配精度的影响,搭建了主动散斑水下双目视觉动态三维成像系统实验装置。实验结果表明,基于主动散斑投射的水下双目立体视觉技术具有较好的动态3D成像效果,动态误差在该双目立体视觉实验装置本身结构和系统参数决定的静态误差之内。     

水下双目立体测量系统的建模与误差分析

提出了一种新的基于双目视觉的水下成像模型。在摄像机理想针孔成像模型的基础上,考虑平面防水罩厚度对光线经水、防水罩、空气发生两次折射的影响,建立了摄像机在水下环境中物体的三维重建模型。针对此模型,分析了双目测量系统结构参数以及被测物点位置对测量精度的影响,对进一步优化系统结构设计和提升系统测量精度具有一定的实际指导意义。     

单摄像机立体视觉测量系统的高精度变焦标定技术

针对现有用于光学测量的双目变焦系统标定方法难度大、测量精度受限于两摄像机内参一致性等问题。提出一种基于单摄像机的平行双目立体视觉系统实现及其高精度变焦标定方法。方法基于三角测量原理采集图像,利用高精度位移台驱动单摄像机进行平移以保证基线精度;求解离散焦距下的预标定结果并利用BP神经网络模型对其进行拟合,以实现任意焦距下系统内外参数动态估计。实验结果表明,系统预标定的重投影误差小于0.1664 pixel,变焦后图像畸变校正平均误差为0.0982 pixel,立体视觉测量尺寸绝对误差小于0.05mm。方法能弥补传统变焦标定方法的不足,消除双目内参不一致引入的误差,提高视觉系统的测量精度。     

基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器研究

在传统双目立体视觉传感器的基础上,对基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器进行了研究。在电荷耦合器件(CCD)摄像机前放置一平面反射镜,通过对目标物体和其虚像进行拍摄,得到一幅具有视差的图像,该图像相当于摄像机和其在平面镜中的虚拟摄像机从不同角度对目标物体进行拍摄,具有双目立体视觉的功能。建立了单摄像机立体视觉传感器数学模型,分析了参数对单摄像机立体视觉传感器的视场范围和测量精度的影响,设计了传感器参数尺寸,进行了相关实验验证。实验结果表明,该测量方案方便有效,结构简单,调节方便,尤其适合近距离高精度测量。     

水下同步扫描三角测距成像理论建模及仿真分析

针对激光同步扫描三角测距成像系统水下应用时,考虑不同介质界面的折射效应,通过理论建模,得出水下同步扫描三角测距成像系统的空间三维坐标测量关系表达式。分析了基线距离、接收透镜焦距等系统主要参数对距离测量分辨率的影响,以及成像探测器长度对测量范围的影响。仿真结果表明:增大基线距离和接收透镜焦距,有利于提高距离测量分辨率,增加成像探测器长度,有利于增大系统测量范围,为水下同步扫描三角测距成像系统的设计提供了理论依据。     

单相机双球面镜视觉传感器成像光学特性分析

为了扩大镜像双目视觉传感器的视场范围,采用球面反射镜替换平面反射镜成为一种有效方案。但利用凸球面镜进行反射成像,将会导致图像质量和清晰度的下降,为此研究单相机镜像双目视觉传感器的光学特性。以离轴非中心式球面镜反射为研究对象,建立不同光学特性的成像模型,通过仿真和实验来定量分析球面镜参数对视场范围、分辨率和景深的影响,在给定工业相机和光学镜头参数的情况下给出双球面镜参数的设计方法。搭建基于单相机和双球面镜的视觉传感器,该传感器可以实现镜像双目视觉成像。通过分析基于球面镜反射的视觉传感器的光学特性,为新型镜像双目视觉传感器的设计提供了依据。     

基于里程计法的双目云高系统外参标定研究

双目成像系统测量云底高基线长，外参标定困难。提出一种适用于地基云高测量系统的双目相机外参标定方法，采用ORB算法提取与匹配左右云图同名点，然后根据对极几何约束计算两个相机之间的旋转平移关系。为验证该算法的精度，在室外搭建基线60 m的双目云高系统，采用里程计法标定外参，标定得到两个相机之间的距离误差为34.44 cm，精度达到99.43%。通过分析校正后的双目云图和天空视差图，验证了大基线里程计外参标定法的精度较高。     

一种针对高速小目标的偏航角测算方法

射弹偏航角是影响电磁轨道发射装置发射精度的关键参数,为实时、高精度测量射弹偏航角,提升电磁轨道发射装置发射精度,基于双目视觉原理提出一种无需目标速度的射弹偏航角测算方法。利用高速射弹轨迹图像,通过构建像机线性成像模型解算高速射弹图像坐标,实现目标偏航角的测量。分析了光学系统参数对测量精度的影响,理论误差约为14.5 μrad。偏航角测量实验结果表明该方法能够实时、准确测算射弹偏航角,测算量偏差平均值为0.58 mrad。     

潜在视功能检测仪光学参数特性的研究与优化

针对潜在视功能检测仪临床使用中量程有限和对高度屈光不正患者检测结果有一定误差的现象，研究了其光学系统成像特性，建立了系统对视力板成像的视觉放大率公式，分析了准直透镜、成像透镜焦距变化对视觉放大率的影响。系统中视力板移动检测时，准直透镜焦距影响视觉放大率变化快慢，决定视觉放大率曲线的平缓程度；成像透镜焦距对视觉放大率产生整体影响，使视觉放大率曲线产生整体平移。找出了系统的理想参数，能使视觉放大率在整个视力板移动范围内保持不变，消除了检测过程中视力板放大率不同带来的检测误差。通过对各参数的数值分析，得到最优参数，系统检测量程从原来的－7D～＋12D扩大为－11D～＋15D。     

基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪光学系统设计

为了降低双目瞳孔检测系统放大率对瞳孔位置的敏感性,设计了一款基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪。阐述了系统中的核心部件——近红外远心镜头光学参数的计算过程,分前后组进行设计,并运用Zemax完成光学系统优化,以全视场MTF、全视场最大畸变和物方远心度为指标对系统进行公差分析,利用标准圆对仪器进行标定,拟合出像素数和瞳孔大小的对应关系。结果表明,对于55 mm~75 mm的瞳距,瞳孔的直径测量精度可达0.05 mm,满足使用要求。     

利用普通光学显微镜实现对微小物体三维体表参数的测量

基于有较大的焦深的普通光学显微镜及3D成像软件,利用自制的可绕固定轴的升降平台及光纤辐照形态,根据视差原理构建了一个测量小型样品的三维表面参数的测试系统。以外形较复杂的医用牙科钻头为样品,研究了显微镜的放大倍数、用于构建三维图像的两幅相似图像的夹角与样品表面参数测量值之间的关系。通过与样品的标称值对比,实验中所用的毫米量级的样品,在合适的物镜组放大倍数及合适的夹角下,相对误差在5%范围内,表明所建立的测量系统可用于尺寸较小的样品表面参数的测量。     

基于DETR的道路环境下双目测量系统

DETR(detection transformer)算法是一个基于Transformer的目标检测算法,具有检测速度快、检测效果好的优势。介绍了一种利用DETR算法及双目视觉原理对道路环境下的人、车、自行车、信号灯等目标进行构建的测量系统。分析了双目测距、相机标定、目标检测以及目标匹配的原理,并以此为基础构建了测量系统。采用目标检测算法检测视野中的目标,利用双目视觉原理对检测到的目标进行测距,同时分析了测量系统中测量误差的来源,并计算其对结果的影响。该算法在KITTI数据集及现实环境中进行测试,测量系统基线为45 cm,对15 m～80 m的指定目标检出率高于90.6%,测距误差小于5.8%,在RTX 2080Ti平台上能够实时运行。     

基于多重结构的平显视差仪中内调焦物镜设计

根据平显视差测量原理中自动调焦的要求,设计了一个相对孔径与调焦范围均较大的内调焦物镜。针对内调焦传统设计方法的不足,在对内调焦各镜组选型后将它们组合成为一个系统,采用多重数据结构设计的方法,对不同物距下的结构进行同时优化,从而解决了近距离的成像质量难以控制的问题。所设计的内调焦物镜在不同的物距下成像质量稳定,无穷远时光学传递函数(MTF)值在空间频率为120 lp/mm时轴上与轴外均达到0.4以上,物距在300 mm时轴上视场MTF为0.3,轴外视场弧矢MTF在0.3以上,子午MTF达到了0.2;相对畸变均控制在1%以内,有利于后续的图像处理工作。