基于质心点优化的鱼眼摄像机标定

针对圆形标志点标定鱼眼镜头模型参量准确度不高的问题,提出一种基于质心点优化的鱼眼相机标定方法.首先在已有的鱼眼镜头成像模型的基础上,获取模型内外参量的初值,并利用两步求解法求取畸变参量的初值;然后通过模型求取标志圆的投影椭圆,对该投影椭圆和图像上的椭圆分别求质心,进而建立目标函数并优化模型各参量,最后实现鱼眼镜头的精确标定.模拟实验和真实图像实验结果均表明:本文提出的方法能够明显提高鱼眼镜头的标定准确度,为鱼眼视觉相关问题的研究提供了可靠的参量依据.     

基于机器视觉的高精度测量与装配系统设计

在对某些精密产品实现自动化生产过程中,存在难以对装配该产品所需的多种装配小零件进行高精度自动测量与装配的问题。针对该问题,搭建了基于机器视觉技术的自动化测量与装配系统。基于Halcon图像处理软件平台,对零件图像进行了中值滤波、图像增强等预处理;采用了Canny算法对零件求取像素精度的边缘,并运用椭圆曲线拟合法获取了亚像素精度边缘;建立了两种相机镜头畸变模型,采用径向排列约束(RAC)标定法与张正友标定法对相机进行了标定,并对标定精度进行了对比;实验结果表明：本系统的装配同轴度精度能达到0.05mm,零件尺寸测量标准差低于3.8μm,满足工业需求,可以解决工业实际问题。     

大视场星敏感器标定技术研究

大视场星敏感器光学系统,由于畸变量较大,在轨标定过程中,直接采用最小二乘最优估计(LMS)或扩展卡尔曼滤波方法(EKF)无法精确求解其标定参数。在深入分析星敏感器测量误差因素的基础上,对考虑畸变和不考虑畸变两种情况的在轨标定结果进行了仿真对比;指出了标定焦距之前需先标定光学畸变的必要性,并介绍了4种可用于在轨校正光学畸变的方法;提出先标定主点偏差,再标定光学畸变参数,最后标定焦距的标定方法。仿真结果表明,可以采用像面旋转法求取主点偏差,利用高阶多项式方法求取光学畸变参数,畸变校正后,采用LMS和EKF标定算法估计焦距,标定精度达到了3.1μm和2.2μm。对100幅模拟星图处理后,星间角距统计偏差约为传统在轨标定方法的1/10～1/8。     

脉冲电流探头的时域标定研究

 介绍了一种Rogowski线圈脉冲电流探头时域标定和标定数据处理的方法，将脉冲法时域标定的结果和频域标定结果进行了比较。针对电流探头的低频失真，采用系统辨识方法建立了测量系统的动态模型，并对探头输出信号的失真进行校正。实测数据验证了所建模型的有效性，设计出的数字补偿滤波器可将测量系统校正为一理想的比例环节。     

单相机立体视觉测量技术的研究

基于双目视觉理论,提出一种摆动式单目立体视觉测量方法,并搭建了相应测量系统。建立了精度分析模型,确定了系统各部分的视场范围,相机在摆动臂的带动下可以完成两个不同位置的拍摄。通过2D平面靶标定法对系统进行标定,采用Canny算子和Hough算子相结合的方式完成轮廓检测,并得到待测工件的匹配点图像。利用最小二乘法进行曲线拟合求取长方体的轮廓交点坐标及空间圆最优化拟合法求取圆的直径,实现对实验样品的三维测量,结果显示该系统相对检测精度达0.6%。     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响。首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

一种成像测量图像径向几何畸变的校正方法

通过对具有径向畸变的摄像机模型的分析,设计了一套求解图像径向几何畸变中心和畸变多项式系数的方案。首先,依据校正样板曲线的弯曲程度应用一元线性回归法和逐次逼近法求取光学图像的几何畸变中心,然后应用递推最小二乘法求解径向几何畸变的多项式系数,最后根据所得到的畸变中心和畸变多项式系数对图像进行校正得到满足要求的图像。仿真试验证明:该方法可以通过一次采集单幅图像对成像系统进行高精度标定,能够对成像测量系统的径向几何畸变进行一定精度的校正。实践证明:该方法通过图像处理的方法提高成像测量系统的精度,降低了系统的设计成本,可以作为成像测量系统中单独标定摄像机畸变参数的一种简单有效的方法。     

条纹投影相位高度转换映射模型及其标定方法

为了提高条纹投影三维(3D)测量系统的测量速度和准确度,提出了一种改进的相位高度转换映射模型。通过建立虚拟相机坐标系以及分析条纹信息在投射器坐标系与相机坐标系之间的转换关系,在相机坐标系中建立了从相位到高度的一一映射模型,并在映射模型中校正了相机镜头的畸变。该模型结构简单,便于结合查表(LUT)法使用。应用查表法后,模型算法复杂度极低,可以应用在高速测量中。同时,提出了一种针对映射模型的标定方法,并在相机标定过程中利用逆向投影优化过程对相机的参数进行迭代优化。标定方法简单高效,不需要参考平面,且对系统中的相机和投射器的相对位姿没有严格的要求。实验结果表明所提映射模型及标定方法可以实现快速准确的三维测量。     

基于粒子群优化的水下成像系统标定

摄像机在水下拍摄时,经过不同介质的成像光线会发生折射,小孔成像模型不再成立,现有标定方法无法准确标定系统参量.针对此问题,本文提出一种基于粒子群优化的水下成像系统标定方法.在空气中应用张正友平面标定法得到摄像机内、外参量,通过求取特征点间相对定位距离,建立系统对水中物体的标定评价函数,并用粒子群算法对其优化,从而标定得到光心到防水罩距离、防水罩平面法向量和防水罩厚度.结果表明:基于粒子群标定算法得到的相对定位误差平均值分别为1.99%和0.62%,而应用高阶畸变折射补偿法得到的相对定位误差平均值分别为3.29%和2.68%;当被测物位于不同拍摄距离以及改变不同姿态时,由本文算法得到的相对定位误差均低于高阶畸变折射补偿法,且本文提出的标定算法可以得到高准确度的系统参量,为水下视觉研究提供了可靠的参量依据.     

基于连续光谱光源的单色仪标定方法

单色仪在加工和安装过程中不可避免的存在误差,必须对其进行标定后才能使用。传统上采用汞灯的标定方法,波长数量有限,限制了单色仪的标定精度。在研究光栅单色仪原理的基础上,提出了一种基于连续光谱光源的单色仪标定方法,设计并搭建了标定实验系统,系统由宽波段光源、光源电源、滤光片、单色仪、光谱仪及计算机构成。采用卤钨灯作为光源,用光谱仪分别测量卤钨灯经单色仪后的辐射、直接测量卤钨灯的辐射,二者相比得到单色仪透过率函数,消除了卤钨灯辐射以及光谱仪响应函数的影响。在刻度盘的某一读数位置,获得单色仪透过率函数并进行归一化,并计算峰值波长,得到一组峰值波长和刻度盘读数的数据。该方法共采集了22组波长数据,用于单色仪的标定。分别采用8点、14点、18点、22点,采用线性拟合和二次拟合,得到了单色仪的波长与刻度盘读数的关系式。标定点数从8个(8点标定类似于汞灯特征谱标定)增加到22个,误差减小明显,将22点二次拟合的结果作为单色仪最终的标定结果。实验结果表明,采用连续光谱光源的单色仪标定方法获得的标定点数更多,标定结果优于传统的采用汞灯的标定方法。     

船载单脉冲雷达快速标校系统设计与实现

当前船载单脉冲雷达幅相一致性标定方法受各类条件的限制,不具备快速标校的特性,一旦设备出现故障或系统更换备件时难以满足系统标校的需求。针对此问题在介绍船载单脉冲雷达幅相一致性标定原理的基础上对传统标校方法进行了分析。基于多模自跟踪体制,建立了天线偏离角与角误差信号关系的数学模型,通过获取目标相对天线角度变化值以及角误差电压变化值,提出了一种幅相一致性快速标定的新方法,并研制了快速标校软件,对设备进行多次标定试验,结果表明标校过程快速简便,满足精度指标,对提高幅相标定效率、克服标定环境局限性等具有重要的现实意义。     

基于交比不变性的投影仪标定

提出了一种新的投影仪标定方法以提高数字光栅投影三维测量中投影仪标定的准确性。该方法结合二次投影技术和交比不变性进行投影仪标定。采用二次投影技术解决投射图案与标定板图案互相干扰的问题;采用交比不变性以避免引入相机的标定误差。接着进行了对比实验,以验证所提方法的有效性。选取需要相机参数的传统投影仪标定方法以及根据全局单应性的投影仪标定方法作为对比方法。结果显示,本方法的反投影误差标准差分别从(0.2275,0.2264)像素和(0.1397,0.0997)像素降低到(0.0645,0.0601)像素,反投影误差的最大值分别从1.222像素和0.5617像素降低到0.2421像素。另外,该方法还可同时标定相机,从而获得整个三维测量系统的参数。本文提出的方法可以避免相机标定参数的误差传递,提高投影仪的标定精度。     

Research on camera calibration using new optimization strategy

An important task for stereo vision is camera calibration, whose goal is to obtain the intrinsic and extrinsic parameters of each camera. This paper proposes a new accurate calibration method with multilevel process of camera parameters. In order to improve the calibration accuracy, a sub-pixel corner detection method is presented. We start with several views of a planar calibration to obtain some intrinsic camera parameters and to build an accurate model with lens distortion on a planar calibration target. Flexibly making use of geometry imaging theory, our algorithm obtains all the parameters through logical organization of solving order, accordingly avoids obtaining possible local optimized problem when solving the non-linear equation, gets over the relativity influence of every unknown parameters of traditional calibration way, and makes the error distributed among the constraint relation of parameters. Experiments with real images are carried out to verify the image correction effect and numerical robustness of our results. Compared with classical calibration techniques, that use expensive equipment and complicated mathematical computation, the proposed technique, which was verified by experiment, achieves high accuracy and reliable parameters.     

A high precision calibration method for long baseline acoustic positioning systems

To solve the problem that traditional long baseline(LBL) positioning system is easily affected by severe sound speed varying results in low calibration precision, low efficiency and inconsistent position using different references, we propose a high precision array calibration method. We use distances between beacons to build error adjustment model. This model improves the calibration performance of traditional calibration method. The theory shows this method can achieve equal calibration precision with distance measurement precision in horizon. This method can improve the calibration efficiency, solve position ambiguity and achieve high precision especially in deep ocean. The shallow water experiment shows this method has millimeter calibration precision which is equal to distance measurement error. The calibration precision improves from centimeter to millimeter compared to traditional calibration method.The method also decreases the operation complexity. The localized positions are more close to GPS compared to traditional method, which has great application values.     

多光谱高温计有效波长标定方法研究

针对光纤式多光谱高温计波长标定中由于光纤耦合导致信号太弱而无法获得有效波长的问题,基于普朗克定律,充分结合不同标定温度点的标定值的比值,提出了一种由温度标定数据来确定有效波长的方法。相比于传统的有效波长标定方法,新方法避免了耗时复杂的波长标定过程可以快速获取有效波长。分别采用仿真和实验两种手段来验证新方法的可行性和有效性。仿真结果表明所提出的新方法可行并且具有一定的抗随机误差能力,所得有效波长计算的真温值与实际值的相对误差小于0.7%。实验结果表明提出的新方法能够得到各个通道的有效波长值,进一步验证了该方法的有效性。所提出的新方法也可应用于其他多光谱高温计,为多光谱高温计的研制和应用提供了理论基础。     

长基线声学定位系统跟踪解算优化方法

针对现有长基线定位解算算法忽略阵型标定误差的问题,本文提出了一种结合声信标的标定误差和测距误差的待定目标解算方法。该方法利用观测数据的先验误差将观测数据连同带求解量一并构建平差解算模型,可以对待定目标位置解算进行优化求解。采用该方法对现有测量船只的跟踪定位实验进行数据处理,得到的跟踪定位轨迹平滑连续,和传统方法相比更接近于GPS输出结果,在深水环境下效果提升明显。理论分析和实验结果表明采用该方法能够获得更优化的位置估计结果及全局误差,能够应用于高精度长基线定位系统中。      

基于非线性参数估计的永磁移相器安装校正

介绍了永磁移相器的控制精度对X射线自由电子激光(FEL) 的影响, 分析其误差来源。针对传统运动控制系统检测过程复杂、手动操作精度低等缺点, 提出了基于改进高斯牛顿非线性参数估计法的自动校正系统, 阐述了校正理论与过程。利用该方法对欧洲X射线自由电子激光装置中的移相器做安装校正应用, 使得每台移相器在高磁场应力的环境下间隙位移达到μm级控制精度, 满足工程设计要求。     

Laboratory calibration of star sensor with installation error using a nonlinear distortion model

The high-precise star sensor calibration method requires high-accurate turntable, collimator, star point plate or other high-precision devices that are very expensive. We present a simple and available method to calibrate the principal point, focal length, radial distortion, tangential distortion and installation error of star sensor in laboratory, and without having high accurate or expensive devices. The calibration model takes the ordinary camera calibration methods and installation error into account. The installation error is modeled by combination of three typical effects: the installation of pan-tilt-zoom (PTZ) initial status, PTZ and charge-coupled device, which result in six parameters. The proposed procedure consists of a closed-form solution, followed by a nonlinear refining based on maximum likelihood criterion. Our calibration method is validated through simulation and real data that shows the superiority with respect to the traditional methods and has the same level as the state-of-the-art methods. The accuracy of our calibration method is 0.015° in the root of mean square distances between testing points and projected ones.     

机械臂D-H参数和减速比几何标定及误差补偿

针对机械臂D-H参数和关节电机减速比不精确导致机械臂绝对定位精度降低的问题,提出了在利用几何分析标定机械臂D-H参数的基础上,通过分析关节实际旋转角度和相应电机编码器码值的线性关系,标定关节电机减速比的方法。针对关节角误差微分补偿法计算量大的缺点,通过推导机械臂末端位姿矩阵误差和关节角误差之间的微分关系建立误差模型,求解关节补偿角,避免了雅各比矩阵的求取,提高了计算效率。最后采用三维激光跟踪仪搭建测量系统,完成了一种6自由度机械臂的标定及补偿实验。实验结果表明,通过参数标定及误差补偿,机械臂的绝对定位误差均值从标定前的2.83 mm和1.14°降低到0.54 mm和0.24°,验证了方法的有效性。     

PSO-ASVR在三波长路面状态传感器定量标定中的应用

路面状态传感器是路面状态定性识别和定量测量的重要工具,其定量测量性能依赖于定量标定模型的准确性。为了解决路面状态传感器定量标定数据非线性和非均匀分布问题对定量测量的不利影响,提出基于PSO-ASVR(particle swarm optimization-adaptive support vector regression)的路面状态传感器定量标定模型。构建AP(adaptive preprocessing)流程进行标定数据最优化预处理,降低路面状态传感器非均匀分布问题影响下的标定数据处理误差。采用基于结构风险最小化的SVR(support vector regression)算法进行标定数据拟合,并利用PSO(particle swarm optimization)算法实现SVR中参数最优化,降低路面状态传感器标定数据非线性引入的数据拟合误差。不同路面状态条件下标定数据处理实验表明:新方法相比于传统方法在均方根误差RMSE上至少可减小63%,验证了其在提高定量标定模型精度上的有效性,实现了路面状态传感器定量标定误差的降低。