基于L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量技术

提出了一种基于L-K局域光流的空间视线面形测量技术.测量系统由一个投影仪和一个CCD摄像机组成,采用小投影角度的投影方式.通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,直接计算得出被测物体三维面形高度分布,其中条纹图中观察位置的变化由L-K光流算法计算得到.建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的关系.模拟与实验结果证明该方法能够准确恢复被测物体高度.与传统面形测量方法不同,视线光流面形测量技术不需要采集多幅条纹图像,也无需计算条纹频率和物体相位值,只需两幅条纹图即可恢复物体面形高度分布.     

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

彩色三维激光扫描测量方法的研究

提出了彩色三维激光扫描测量方法，即在单色三维激光扫描测量数据上贴合彩色的数字图像。给出了单色三维测量模型——三维光平面方程测量模型，提出了全新的测量系统参量的快速标定方法，并制作了标定靶标。给出了物体三维数据和颜色信息的贴图技术。利用所研制的装置对招财猫模型进行了实验测量，得到了满意的结果。     

基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统

提出一种基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统,采用一个激光投影仪投影大幅条纹,多相机分布式采集的方法扩展视觉三维测量系统的测量范围。标定过程首先使用小型平面靶标标定基准相机二维图像坐标和相位值到三维世界坐标的映射关系,之后在相邻相机部分视场(FOV)重合的前提下,利用柔性靶标定位标定相邻相机图像坐标的转换关系,最后将各个相机的图像坐标全部转化到基准相机的图像坐标系下完成图像拼接,由基准相机图像坐标到世界坐标的映射完成全局三维测量。实验结果表明,使用图像拼接方法的测量精度略低于相机单视场测量的精度,但精度损失较小,满足工业在线测量的要求。该方法避免使用昂贵的辅助测量仪器和加工高精度大型靶标,为多相机视觉测量提供了成本低、使用方便的解决方案。     

基于几何约束的自适应相位解包裹算法

提出一种通过相机和投影仪的空间几何约束来展开相位包裹的方法,只需要对结构光投影测量系统进行标定,不需要进行传统的时间或空间相位展开.通过投影单周期条纹得到物体的大致高度信息以确定虚拟深度平面,在虚拟平面z0min处,根据结构光系统的标定参数创建最小绝对相位图,物体的包裹相位逐像素与进行比较,即确定条纹级数,实现相位解包裹.该方法具有良好的鲁棒性,对硬件要求低,采集图像少并且不需要额外的物体来获得z0min,能够实现自适应动态测量.实验结果表明,在同等条件下,与传统时间相位展开方法相比,该方法的相对误差降低了14.33%,同时简化了测量方法,能够有效实现物体的三维形貌测量.     

基于自适应条纹投影的彩色物体三维形貌测量

针对三维形貌测量技术中彩色物体表面反射率的非均匀性影响测量结果的问题,提出一种基于自适应条纹投影的三维形貌测量技术,该方法可避免彩色物体表面反射率非均匀的影响,提高系统的测量精度。彩色相机采集RGB光强图像,并根据物体表面颜色的反射特性计算每个像素点的最优投射光强和颜色;采集水平和垂直的正弦条纹序列,利用计算所得绝对相位值将相机图像坐标系中每一个像素点的最优投射光强和颜色映射到投影仪像素坐标系;投射自适应条纹序列进而测量彩色物体的三维形貌。实验结果表明,该方法能够有效测量彩色物体三维形貌,具有很高的测量精度。     

基于并行四颜色通道条纹投影的三维测量术

提出一种基于红、绿、蓝和红外并行4颜色通道的条纹投影三维测量技术,实现单次测量获得物体的表面三维形貌。该技术克服了传统方法投影多帧条纹图像而造成测量速度慢的缺点,在保证精度的同时提高了测量速度。结合两步相移、傅里叶变换法和最佳三条纹选择法的相位求解方法,独立计算各个像素点的绝对相位,从单次同时采集的复合彩色图像和红外图像中获得非连续物体等复杂面形的三维形貌数据。利用半透半反镜实现了可见光和红外两个投影仪的光轴同路,并建立它们之间的投影变换,实现了两个投影仪像素间的精确对应。利用所研制的系统,测量了非连续的静态物体和动态物体,获取了它们的表面三维形貌数据。结果显示,所研制的方法适用于三维形貌的快速测量。     

基于平面互补靶标的线结构光标定系统

为提升线结构光传感器的标定效率与精度,设计了一种集成自背光可调节位姿的平面棋盘格-同心圆互补线结构光标定系统。该系统基于同心圆圆心的真实投影位置与投影椭圆圆心位置的几何关系,建立非线性优化偏心误差补偿模型,精确得到透射投影下圆心偏心误差补偿位置。该方法与传统标定方法对比降低重投影误差84.7%,有效解决了圆形标志物偏心误差补偿的高精度标定难题。通过将相机坐标系下过光心、光条中心线的平面与靶标平面结合,多次获取空间交线的坐标信息增加特征点,并使用最小二乘法拟合光平面方程,解决了因特征点少从而平面拟合标定精度较低的问题。在复杂环境下重复实验测得大尺寸砂轮外径误差均值为0.005 1 mm,结果表明该标定系统具有一定的准确性和简便实用性。     

基于同心圆光栅的远心三维测量系统

针对条纹投影术对简化系统模型、降低运算量并有效抑制误差扩散等要求,提出并构造了一种基于同心圆光栅的广义远心三维测量系统。该系统利用菲涅尔透镜与投影仪产生平行光线建立线性投影模型,降低运算复杂度,利用傅里叶变换得到经物体高度调制的初始相位信息,同时结合同心圆光栅标定技术的并行运算,通过逐点计算获取真实相位。全过程只需对一个系统参数进行标定,并且摆脱解相过程,有效抑制了误差扩散。对最大高度20 mm的物体进行形貌测量,最大误差0.23 mm,相对误差仅为1.15%。     

结构光三维测量系统中投影仪标定技术研究

投影仪标定是单摄像机单投影仪结构光三维测量中的基础。采用双面标定块实现投影仪的标定。标定块正面为黑底白色圆点图案,通过Tsai两步法及非线性优化完成摄像机标定。背面为反射率均匀的白色平面,由投影仪投影双方向高亮度的直线来生成特征点。针对特征点三维坐标难以确定的问题,采用了两种方法:一是依靠摄像机标定结果;二是结合正面圆点图案,利用交比不变性获取更多的有效输入数据。标定设备简单,操作方便。实验结果证明具有较理想的标定精度。     

Colorimetric Calibration of Video Cameras Using Two Color Constancy Models

Colorimetric calibration of color imaging devices is important to realize device independent color reproductions. However the calibration for digital or video cameras is difficult because a color image is acquired for unknown objects under various unknown illuminants. An experiment was carried out based on two computational color constancy models, the finite-dimensional linear model and the spectral sharpening model, to estimate colorimetric values using image data of a color chart captured by video camera. We estimated the colorimetric values by using a single reference reflectance with known spectral reflectance in a color chart under an unknown illuminant. The accuracy was evaluated by color differences in CIELAB color space and was compared on three different color charts under three different illuminants including a fluorescent lamp. It was confirmed that the two computational models do not require prior knowledge of illuminants and surfaces. The finite-dimensional linear model gave more accurate results than the spectral sharpening model in the simulations and experiments.     

Recovery of Surface Reflectances Using Video Camera Image Signals under Unknown Illuminations

Estimation of surface spectral reflectance functions and colorimetric values of object colors was carried out for the image data captured by video camera under unknown illuminations. The estimation method is based on the finite-dimensional linear model of illuminants and surfaces using a single reference reflectance with known surface spectral reflectance in a scene. Experimental results showed that recovered surface spectral reflectance functions are the almost same for different illuminations. This method is useful for the colorimetric calibration of the devices, since any set of orthonormal basis vectors to represent illuminations and any set of eigen vectors derived from principal component analysis on the data set of a color chart to express surfaces of different objects can be applied to the estimation. The recovered surface reflectances were evaluated by color differences in CIE L*a*b* color space.     

基于彩色光栅投影的快速三维测量方法

 针对条纹投影术提取物体高度信息的问题,提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255,R,B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码,然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量,利用傅里叶变换方法得到其初始相位;同时对采集到图像中的R,B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息,从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量,实验结果表明该算法易于实现,在测量实时性和精确性上表现良好。     

Homography of central points for optical distortion compensation

The paper presents a novel radial lens distortion modelling method for vision systems. It is based on single images of chessboard planar pattern, in which calibration points (corners of chessboard squares) are localised. The points, which are situated near the image centre, where the distortion is negligible, are used to determine undistorted grid of calibration points by the estimation of homographic matrix. The differences in the localisation of undistorted and distorted points are used to find parameters of radial model by the linear least square method. Having the distortion model, the dense compensation is performed with support of bilinear interpolation and a sparse compensation by Newton iterative scheme providing subpixel accuracy.     

编码光系统的颜色耦合与颜色失衡校正

为了减小编码光系统中的颜色耦合与颜色失衡的干扰,提高形状与颜色重建的准确度,建立了彩色编码光系统,并对其所采用的编解码方法、颜色重建的两个相关环节及颜色校正方法进行了研究。首先,给出了系统的彩色梯形相移强度比编解码法,分析了编解码过程中存在的RGB基色相互耦合现象,设计了应用Caspi模型硬件标定的颜色耦合校正方案;然后,给出了系统的逐点颜色重建法,分析了颜色重建过程中由表面曲率导致的颜色失衡现象,设计了利用表面几何信息校正颜色失衡的方案。实验结果表明：校正后单一绿色图像中的红色分量值约为校正前的1/10;单色表面色差约为0.1,趋近于人眼颜色分辨率,远低于校正前的0.4;重建的单色复杂被测表面颜色均匀、视觉效果良好,符合实际情况。提出的方法符合编码光系统抗干扰能力强的要求,有助于提高形状与颜色重建的准确度。     

LCD液晶显示器的颜色特性研究

定量描述了液晶显示器的颜色特性以及对显示彩色图像的影响。在实验测量的基础上,得到了LCD液晶显示器的颜色特性数据。以3D LUT方法建立了设备颜色空间RGB与标准颜色空间L a b 之间的近似转换模型。通过分析比较它们的色域边界特性,了解了与CRT显示器颜色色域的差异以及影响显示彩色图像时颜色失真的特点。     

Line-based camera calibration with lens distortion correction from a single image

Camera calibration is a fundamental and important step in many machine vision applications. For some practical situations, computing camera parameters from merely a single image is becoming increasingly feasible and significant. However, the existing single view based calibration methods have various disadvantages such as ignoring lens distortion, requiring some prior knowledge or special calibration environment, and so on. To address these issues, we propose a line-based camera calibration method with lens distortion correction from a single image using three squares with unknown length. Initially, the radial distortion coefficients are obtained through a non-linear optimization process which is isolated from the pin-hole model calibration, and the detected distorted lines of all the squares are corrected simultaneously. Subsequently, the corresponding lines used for homography estimation are normalized to avoid the specific unstable case, and the intrinsic parameters are calculated from the sufficient restrictions provided by vectors of homography matrix. To evaluate the performance of the proposed method, both simulative and real experiments have been carried out and the results show that the proposed method is robust under general conditions and it achieves comparable measurement accuracy in contrast with the traditional multiple view based calibration method using 2D chessboard target.     

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。     

多点分段单步校正法在接触式图像传感器扫描仪上的实现

提出了一种接触式图像传感器(CIS)扫描仪非均匀校正的新方法,能够快速高效地完成对CIS扫描仪彩色图像的非均匀校正,消除了CIS的颜色差异。采用多点分段单步法进行标定,采用现场可编程门阵列实现校正,并最终得到颜色均匀的彩色图像。对于分辨率高达1200dpi的CIS扫描仪,采集一次样板纸完成全部颜色空间的分段标定,图像传输的同时完成校正,校正过程仅耗时0.125μs。实际应用效果显示校正后R,G,B三个通道的像素误差控制在5个像素以内,相比校正前图像均匀性提升10倍左右,比传统两点法提升3倍左右,且明显改善图像颜色突变、暗淡以及随机条纹等问题。