一种改进的视觉传感器与激光测距雷达特征匹配点提取算法

激光测距雷达与视觉传感器的配准是视觉图像与激光距离信息融合的前提。激光测距雷达与视觉传感器的配准可分为点匹配与平面匹配。由于混合像素和非结构空间特征激光点丢失现象,使得基于点匹配的视觉传感器与激光测距雷达配准算法精度难以提高。通过对混合像素和非结构空间特征激光点丢失问题的分析,提出了一种结合平面建模思想,利用假想激光光束与平面模型相交提取匹配特征点的方法。验证了实验结果并进行了算法精度比较。实验结果表明,这种改进的特征匹配点提取算法解决了特征点缺失,并且提高了点匹配的精度,使匹配性能大大地改善。     

双目视觉用于鱼苗尺寸测量

为了有效地提高鱼苗尺寸测量的效率及精度,搭建了平行式双目立体视觉系统。根据双目视觉原理,首先基于改进后的由多组同心圆构成的标定板对双目视觉测量系统进行定标;然后利用Harris角点提取算法获取鱼苗图像的关键特征点,并基于归一化互相关(Normalized Cross Correlation,NCC)立体匹配算法对关键特征点进行匹配,提取坐标数据;最后根据坐标数据进行计算,得到鱼苗的空间坐标,实现对鱼苗尺寸的精确测量。结果表明,由所搭建的平行式双目立体视觉系统测量的相对误差在8%以内,为双目视觉应用于鱼类养殖业的可行性提供了依据。     

大尺度三维几何尺寸立体视觉测量系统实现

基于立体视觉的大尺度三维几何尺寸测量技术是对外形不规则的大型物体进行几何量测量的有效方法。与传统的视觉测量技术不同,大尺度视觉测量的精度随测量距离的增加而迅速下降,同时大尺度空间下照明条件难以控制,也使得测量变得不稳定。因此如何在大测量尺度的前提下提高测量精度成为这一领域的研究难点。从立体视觉测量系统的原理出发,分析了影响系统精度的各种因素,将相位一致性变换与极线约束条件引入结构光光条中心提取之中,显著提高了图像分析的精度。研制了测量系统的样机并给出了实验结果,现场测试表明该系统可以有效地保证大尺度条件下的测量精度。     

基于光学参考棒的立体视觉测量系统现场标定技术

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确标定立体视觉系统变得越来越重要。为了克服传统立体摄像机标定过程繁复、户外实现困难的弱点,提出了一种基于光学参考棒的灵活、有效的立体视觉测量系统标定技术。参考棒水平和深度方向各有三个距离已知的红外LED作为特征点。通过在测量范围内的不同位置和方位移动光学参考棒,两像机同时捕获参考棒上特征点的图像。基于匹配的特征像点以及对极线约束,利用线性算法和Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法快速地标定立体视觉测量系统。两像机之间平移量的比例因子由参考棒上特征点间的已知距离确定。参量标定过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,使不同位置处光点图像的强度均一致,可以获得高的信噪比,提高标定精度。实验结果表明,该方法灵活、有效,在线标定能达到很高的精度,将现场标定过程应用到实际的大空间三维测量系统中,测量最大误差为0.18 mm。     

基于B样条迭代法的激光光条噪声去除技术研究

在基于线结构光的视觉测量系统中,激光光条中心的提取精度是影响系统最后精度的关键因素。目前常用的光条中心提取方法都没有去除光条上的干扰噪声,在分析现有方法的基础上提出了一种利用B样条迭代去除光条噪声的方法。以光条上的点作为控制顶点拟合B样条曲线,在同一位置下用B样条曲线上的点取代噪声点,这样反复修改噪声点的位置使其逐渐逼近实际曲线,从而达到去除噪声的目的。利用重心法提取去噪后光条的中心,着重分析了参与运算的像素的取值范围。通过对比实验证明该方法的提取精度远高于其它方法,从而验证了去除噪声的有效性。     

基于双目视觉的三维重建中特征点提取及匹配算法的研究

三维重建是计算机视觉技术的主要内容之一。基于双目视觉的二维图像特征点的提取及特征点的匹配是三维重建技术的核心。通过以双目立体视觉理论为基础,提取立体图像的Harris角点作为特征点,经过基于小波变换的子线段匹配方法,较好地的解决了匹配精度与匹配速度之间的平衡问题。采用该方法对水泥冷却机内熟料的高度进行了测量,实现了熟料的三维重建。实验表明,该方法可提高图像匹配的速度和精度,能够较精确地对物体实现三维重建。     

LAMOST现场光纤位置检测方法研究

LAMOST(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)要求通过非接触测量快速准确地获得光纤端部的中心位置。在研究光斑中心提取技术的过程中,提出了一种改进的光重心方法,包括图像卷积预处理、用标准差迭代的方法取背景值和减背景后非线性加权获得光斑特征点。有效地抑制了边缘点对中心位置的影响,提高了在大视场多目标光纤条件下提取光斑特征点的精度,并通过数据模拟、实验室和现场实验进行了验证。     

无色差光滑曲面特征点的提取及匹配算法

双目视觉是机器视觉中经典有效的方法。针对无色差光滑曲面特征点难以提取的问题,提出一种用均匀激光网格创造曲面上色彩特征的方法,以及特征点提取和匹配算法。首先,提取激光网格线,采用膨胀与腐蚀等算法将激光线断点拼接并转化为单像素连通线;然后,利用连通线上点的八邻域及四邻域的连通性对特征点进行提取;最后,对提取后的特征点根据位置信息进行编号,完成特征点的匹配。实验结果表明,该算法稳健性好,提取精度高,匹配正确率及重复率高,三维重建后特征点间的距离误差小于0.05mm、标准差为0.0362mm。该算法直接对特征点进行提取及匹配,与离散特征线获取特征点的方法相比精度更高,可应用于曲面上点的均匀抽样检测。     

结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法

为了提高视觉测量系统的自动化水平和测量精度,提出了一种结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法。使用旋转不变模板匹配方法得到原始图像与标准模板的相关系数矩阵,通过两次阈值筛选获取标志点候选位置。根据两条直线相交于标志中心处以及中心处灰度梯度存在多个峰值的特性,剔除非合作标志点,得到对角标志点初始坐标。通过生成对角标志理想相关模板,利用相关系数拟合极值法进行亚像素定位。实验结果表明,该方法可以正确提取复杂环境下对角标志或棋盘格图像中的角点,而且需要人工调节的参数少、稳健性强、定位精度高且通用性好,可应用于工程实践中环境光源变化较大的测量场合。     

立体视觉测量系统现场校准技术

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确校准立体视觉系统变得越来越重要.提出了一种利用光学参考棒,基于单位四元数法的灵活、有效的立体视觉测晕系统现场校准技术.该方法以光学参考棒为校准靶标,以参考棒上的三个共线的距离已知的红外LED作为特征点,通过在测量范围内不同位置对光学参考棒上特征点成像,灵活、有效地实现两摄像机之间的外参校准.参数校准过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,从而使得不同位置处光点图像的强度一致,并且可以获得高的信噪比,提高校准精度.实验结果表明该方法具有相当高的在线校准精度,在实际应用中能获得很好的效果,最大测量误差为0.15 mm,最大标准差为0.11 mm.     

Accurate measurement method of the thickness of a quartz pendulous reed by combining polarized reflectance and vision image

The detection of thickness provides important information on the production process of the quartz pendulous reed (QRP). Through real-time detection of QPR thickness, high-quality products can be produced, and defective products can be identified and removed. In order to improve detection accuracy and efficiency, a novel noncontact method for measuring the QPR thickness by combining the polarized reflectance and vision image is presented, which can be automated. Based on Snell’s law of fundamental optics, the image of the laser spot is obtained by a laser vision system. The selection criterion of the laser incident angle is analyzed. An improved edge detection algorithm is proposed to locate the subpixel edge of the laser spot, and the calculation method of the laser spot center is presented based on a set of subpixel edge-point data obtained by defining an error function which is to optimize the distribution of data points and minimize it. Experimental results show that the method proposed has good stability and high measurement accuracy, which can achieve noncontact accurate measurement of QPR thickness.     

双目视觉测量系统特征点提取与匹配技术研究

自主研发了一种光笔式双目立体视觉大工件尺寸测量系统,对测量系统中特征点的提取及其匹配技术进行了研究。测量系统采用 Canny 算子和 Zernike 矩相结合的算法实现椭圆光斑的亚像素边缘提取,根据得到的亚像素边缘点,采用基于最小二乘的曲线拟合法得到椭圆光斑的中心坐标。针对特征点的匹配问题,提出了一种基于位置约束的快速匹配方法。实验结果显示:所提方法能提取到椭圆光斑亚像素边缘,可精确计算出椭圆光斑中心坐标,匹配率达到95%以上。     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。     

Constructing feature points for calibrating a structured light vision sensor by viewing a plane from unknown orientations

To calibrate a structured light vision sensor, it is necessary to obtain at least four non-collinear feature points that fall on the light stripe plane. We propose a novel method to construct non-collinear feature points used for calibrating a structured light vision sensor with a planar calibration object. After the planar calibration object is moved freely in the range of measuring of the structured light vision sensor at least twice, all the local world coordinates of the feature points falling on the light stripe plane can be readily obtained in site. The global world coordinates of the non-collinear feature points in the local world coordinate frame can be computed through the three-dimensional (3D) camera coordinate frame. A planar calibration object is designed according to the proposed approach to provide accurate feature points. The experiments conducted on a real structured light vision sensor that consists of a camera and a single-light-stripe-plane laser projector reveal that the proposed approach has high accuracy and is practical in the vision inspection applications. The proposed approach greatly reduces the cost of the calibration equipment and simplifies the calibrating procedure. It advances structured light vision inspection one step from laboratory environments to real world use.     

提高多光源汇聚光斑中心定位精度的形态学滤波方法

在激光指令传输中,为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离,将多个特性相同的激光器矩阵排列,构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点,采用形态学滤波中的开启、闭合运算,去除背景噪声斑点,平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔,使得能以简化的分割和定位算法,快速获得接近实际的完整光斑边界,光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心,为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。     

基于激光和CCD组合的小孔转轮重复定位精度测量方法

小孔转轮是某试验装置光路自动校准系统的关键器件,重复定位精度是其重要指标之一。为了有效测量运行于真空环境下的小孔转轮重复定位精度,提出了一种基于激光和CCD组合的测量方法,并以转轮滤波小孔光斑中心的位置重复性作为其重复定位精度的评价指标,搭建了一套完整的测量系统。利用CCD采集通过转轮滤波小孔的激光光斑,通过图像处理的方法对激光光斑图像进行滤波去噪、阈值分割、二值化、边缘检测等预处理,利用最小二乘法对激光光斑进行圆拟合,得到光斑中心坐标。在非真空环境下与激光干涉仪进行了对比实验,两者测量的角度偏差仅相差11″,表明了该测量方法具有较高的精度,可以满足测量要求。采用该测量方法对真空环境下的小孔转轮进行了约6 h正反往复各60次的重复性测量,结果表明,该测量方法能有效测量真空环境下小孔转轮的重复定位精度。     

用Hough变换提高激光光斑中心定位精度的算法

在激光扫描大型三维曲面测量中, 激光光斑中心的准确定位是提高测量分辨力的关键。当测距范围较大时, 受多种因素的影响, 激光光强分布严重不均致使其几何中心与强度中心发生了偏离。此时, 传统的光斑中心提取方法不能适用。为此, 根据光斑图像仍能给出圆形光斑的大部分轮廓这一特点, 提出了基于Ｈｏｕｇｈ 变换的激光光斑中心读取方法。实验结果表明该方法对提高大型三维曲面测量精度是有效的。     

基于残差修剪的激光光斑高精度定位方法

为满足复杂靶标背景下激光光斑形心的高精度定位要求,提出了一种基于几何特征约束残差修剪的定位方法.首先通过分析成像特点提取激光光斑;然后在几何特征约束下对残差边缘进行二次修剪,优化边缘;最后利用最小二乘拟合法得到激光光斑形心的精确定位,并将其应用于火炮的重要静态参数--弯曲度测量.实验结果表明,该方法具有较强的稳定性,定位精度高且实时性好,与传统的定位方法相比,复杂靶标上激光光斑的水平和竖直定位偏差均由±1.2 pixel提高到±0.2 pixel,单次定位时间小于0.31 s,可实现复杂靶标背景下激光光斑形心的快速精确定位.     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。