非量测相机镜头光学畸变的改正

镜头的光学畸变是造成数字相机影像误差的主要原因之一,可以用径向畸变表示。为了改正相机的光学畸变,形成了多种径向畸变改正模型。在分析这些模型的基础上,引入了最大畸变量,推导出了这些模型的共同公式形式,揭示了这些模型背后的共性。     

光学系统实现热补偿的通用条件

运用光学系统的近轴成像公式，推导出微分形式的物面位于任意位置时热补偿的通用条件，包括薄单透镜、密接薄透镜组和分离薄透镜组等不同情况。推导过程中假设物面位置不随温度发生变化，并且忽略分离薄透镜组中各组分上光线入射高度随温度的变化。利用推导的条件建立了像距的归一化温度变化率与各透镜光热膨胀系数之间的关系，指出所得到的条件具有更加普遍的意义，能够指导机械和伺服控制系统的工程设计，并且在物面位于无穷远时与目前普遍采用的热补偿条件相吻合，即光学系统的光热膨胀系数等于壳体的热膨胀系数。     

视觉测量中的相机标定问题

回顾了计算机视觉中相机标定的问题,在分析并比较多种相机标定方法的基础上对其进行了分类,提出了现有理论和方法在实际工程应用中存在的问题以及未来的发展动态。     

一种超宽视场光学系统的畸变测量方法及畸变校正

超宽视场光学系统的畸变直接影响着成像的几何位置精度,且误差随视场的加大而陡升。对精密测量及复制等工作造成很大影响。提出了一种基于面阵CCD和PC机的畸变测量方法,以面阵CCD光敏元的几何位置作为目标板,通过相关图像处理进行尺寸测量,避免了人为因素的影响,并且可以多人同时观测,结果可以以图片形式保存以备以后查验,且为畸变的校正提供了原始数据。采用数据拟合的畸变校正方法,可以获得较高的精度。     

基于液体光学补偿自动定向基准的研究

 用理想倍率元件进行匹配,对4种液体光学补偿通用构架模型分析推导,得出如单液面、双液面、液体中的反射及透射等诸多平行光路中补偿光学结构的数学模型。设计和演变的光学结构是在液体中置反射镜,光线两次通过液体自然表面,再与理想倍率的平板或施密特棱镜匹配所构成的,水平定向和坡度定角精度能够达到0.01″。给出液体补偿方式匹配表对文中未举例的其他液体光学补偿结构的构成和演变方式具有指导意义。最后对设计的结构补偿误差进行分析和实验验证,给出水平补偿曲线、横摆补偿曲线和像旋补偿曲线。     

长焦距宽谱段透射式光学系统的二级光谱与畸变

本文所述的光学系统被用于星模拟器上。本设计成功的关键在于对双胶、双分透镜组来说，打破了常规地选用火石玻璃－火石玻璃（Ｆ－Ｆ）的组合；在系统总焦距不变及二级光谱维持最小值的前提下，最大限度的降低了每块透镜的光焦度；再辅以前后组在正光路和逆光路中各色光的像面位置及像差的精细配合，使在第一阶段唯一没有满足要求的畸变由１９″降低到２．３１８″，达到了所要求的指标。     

基于无穷单应的大视场摄像机标定方法

在大视场摄像机标定中,常常会出现由于场景过于单一而很难达到自标定所需要的场景约束和运动约束条件、立体标定所需要的强立体条件或者平面靶板标定所需要的绝对共面条件,如指向高空区域的摄像机标定任务就很难满足上述要求,因而大视场摄像机标定需要较为弹性的标定算法。提出一种基于无穷单应的大视场摄像机标定方法,该方法最少只需要4个非共线控制点和摄像机粗略的位置即可求解无穷单应,并且提出一种坐标变换方法以保证线性求解和优化无穷单应时的稳定性。从无穷单应中分解得到摄像机参数初始值,通过Levenberg-Marquardt(LM)优化算法最终实现摄像机的标定。在优化过程中,通过假设图像中心为主点和采用一阶径向畸变模型,相对增加了优化过程中的剩余自由度,能够实现4个像点为观测值的参数优化。相比于强立体或共面的条件,此方法所需条件很容易满足。仿真和实际实验验证了此方法的正确性和高精度,以及重复测量实验的灵活易实施。     

CCD摄像机成像畸变的研究

介绍了CCD摄象机成像的畸变类型，着重分析了径向畸变、离心畸变及薄透镜畸变的成因和特征，并给出了常规的处理方法。     

摄像机图像相对畸变系数的计算

主要论述了摄像机相对畸变系数的计算方法。该计算方法包含了三个计算过程 :第一 ,规定了每个像素理想像高的坐标表示法 ;第二 ,在坐标系中确定理想像高相对畸变系数的一般表示 ;第三 ,利用光学系统的对称性 ,经过适当的坐标变换 ,逐点计算出整幅画面实际像高的坐标表示。给出了计算步骤 ,并通过编程可获得摄像机的四个相对畸变系数的文件。     

Flexible digital projector calibration method based on per-pixel distortion measurement and correction

When a digital projector is applied in high precision applications, the intrinsic parameters and distortion characteristics should be calibrated precisely. In this paper, a flexible full-field projector calibration method is proposed without any approximate distortion model. With planar homography theory and fringe projection technique, the projector distortion characteristic on each pixel can be measured independently and an initial distortion map is generated. The intrinsic parameters are calibrated afterwards. Then, the initial distortion map can be refined by correcting the non-perpendicularity between the optical axis and image plane. The original pattern to be projected is corrected with the refined distortion map. Thus, the calibrated projector can be regarded as an ideal projector conforming to the pinhole model. Experimental results show a nearly ideal residual map for the corrected projection pattern. In addition, the proposed calibration method is flexible without any sophisticated ancillary equipment or complicated procedure.     

A calibration method of lens distortion for line scan cameras

We present a practical method to calibrate the lens distortion in line scan cameras. The distortion correction software based on this method has been designed and implemented in the digital protection of cultural relics. In this paper, a lens distortion model which applies to line scan cameras is derived from the widely used array camera distortion model. Then, a new calibration method which utilizes the imaging characteristic of equidistant collinear feature points is proposed to calibrate the model. Experiment results show the proposed calibration method is stable and effective.     

非均匀性和彩色失真图像的同时补偿

针对CCD摄像机或扫描仪产生图像存在颜色偏差和非均匀性使图像质量下降 ,通过多元线性回归分析方法同时对图像的非均匀性和彩色失真进行补偿 ,使输出图像信号均匀且其色度值与输入信号的色度值相匹配。依据算法进行了仿真试验 ,结果表明补偿后图像与原图像相比大体相近 ,且比非均匀性校正和彩色校正分步进行方法计算量小 ,节省时间     

基于两平行线及其线上三点的摄像机标定方法

在大视场交通监控摄像机的标定中,由于不便于放置大尺寸标定靶标,常采用交通标线构成的特定几何图形替代标定靶标,但许多交通场景仅有一组平行的车道分界交通标线,难以获得传统标定方法所需的标定约束条件。针对此类交通场景,选取两平行交通标线和其中一条线上的三点作为标定参考物,依靠其中一条线上三点在单幅图像中的像素坐标、三点间的两个距离值及平行线间距作为约束条件来完成摄像机的标定。建立了图像坐标系与世界坐标系之间新的换算关系,推导出了摄像机内外参数的求解公式,探讨了旋转角对测量误差的影响。实验结果表明,在约束条件不足的情况下能够获得较好的摄像机参数近似解,沿道路方向上的测距精度优于对比文献的结果,具有标定参考物选取容易、操作简便、几何约束条件少等优点,适用于交通监控系统中大视场摄像机的快速标定场合。     

Correction of walk-off-induced wavefront distortion for continuous-wave laser

We theoretically and experimentally investigate the wave front distortion in critically phase-matched continuous-wave (CW) second harmonic generation (SHG). Due to the walk-off effect in the nonlinear crystal, the generated second harmonic is extremely elliptical and quite non-Gaussian, which causes a very low matching and coupling efficiency in experiment. Cylindrical lenses and walk-off compensating crystals are adopted to correct distorted wave fronts, and obtain a good TEM₀₀ mode efficiently. Theoretically, we simulate the correction effect of 266-nm laser generated with SHG. The experiment results accord well with the theoretical simulation and an above 80% TEM₀₀ component is obtained for 266-nm continuous-wave laser with a 4.8°-walk-off angle in beta barium borate (BBO) crystal.     

基于新型靶的CCD摄像系统畸变测量与校正

深入研究了测试图案对测量畸变的影响。提出"一靶测试法"进行畸变测量与校正,拍摄了自行设计、制作的"综合点阵靶板"的畸变图像,图像处理得到其畸变点位置,并与理想点位置进行对应比较。建立多项式模型确定畸变点与理想点的位置校正关系,理想点位置由理想成像得到,并运用最小二乘拟合算法求得多项式系数,标定整个CCD摄像系统的畸变。"综合点阵靶板"采用灰色圆点黑色间带图案,方便了点按序标记排列,从而确定畸变点与理想点的一一对应。对2.6 mm焦距的广角CCD镜头摄像系统进行了畸变测量与校正,其重复测量,校正精度达到0.3%。     

一种光学成像垂轴几何畸变校正方法

光学成像系统非线性几何畸变的校正仍是一个未能很好解决的课题，一些方法还不能很好地实用。本文对成像系统主要因镜头的失常导致的非线性几何畸变，分析了成像过程。提出一种以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型。依据此模型，提出一种通用的校正方法，应用计算机处理，可对实际的非线性几何畸变图像进行校正。文中用所提出的方法对实际成像的畸变进行了校正，给出了校正实验结果，校正效果良好，有一定的实验价值。     

衍射光学元件车削补偿技术的研究

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法,但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型,无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工,从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷,通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿,对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理,计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差,以此获得新的金刚石车削加工轨迹,实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验,最终使其PV值由10.4 m经过一次补偿加工后降为4.3 m。     

具有消像差和光程补偿功能的新型取样光栅

 在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中,采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅,通过合理选择系统参数,包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等,设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm,像点的均方根半径为0.777 μm,达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。     

照相物镜径向畸变模型的再商讨

基于径向半径偶次幂级数的相对畸变表达式在相机校准中被广泛地采用.对于一个具体镜头,它的物理精确性却没有可靠的理论做依据.基于自变量(径向半径和视场角)不同项数和幂次的组合多项式作为相对畸变的拟合函数,以Zemax软件平台上的一组已知镜头的栅格畸变结果为已知数据,借助于Matlab的最优化工具箱进行数据拟合.结果表明,包含径向半径2、3次幂的表达式在精度上更有益;基于视场角幂次的展开式可以提供更为精确的畸变描述;多项和高阶的拟合函数反而不利于提供一个精准的畸变表达.