基于测量不确定度的视觉惯性自适应融合算法

针对环境复杂的工业现场定位精度低、适应性差、鲁棒性低等问题,提出一种基于测量不确定度的视觉惯性自适应融合算法,分析基于隐函数模型的视觉定位测量不确定度,并依据视觉定位测量不确定度自适应调整卡尔曼滤波模型中的参数,校正视觉观测偏差,增强视觉惯性融合定位算法在不同观测条件下的鲁棒性。利用精密三轴转台及激光跟踪仪T-mac位姿测量系统对所提融合定位算法的定位精度进行实验验证。实验结果表明,相比传统扩展卡尔曼滤波方法,所提方法能满足视觉观测较差条件下的准确定位需求。     

基于单目视觉的矩形靶面弹着点测量

目前机器视觉技术广泛应用于弹着点坐标的测量领域,针对双目视觉技术标定、演算复杂的问题,提出一种基于单目视觉技术的弹着点测量方法.通过图像处理技术定位出靶面4个角点以及弹着点像素坐标,采用矩形P4P方法解算出靶面坐标相对于相机坐标系的位姿,根据单目视觉成像原理计算出弹着点在靶面的实际坐标.根据该方法成功测量出了实验中靶面...     

基于合作靶球的视觉传感器外参标定方法

视觉传感器的外参标定旨在建立视觉坐标系与外部标准坐标系之间的关系。设计了视觉测量合作靶球以实现视觉测量与仪器测量之间的合作测量。通过将视觉测量合作靶球与激光跟踪仪靶镜相互替换获取公共点在视觉坐标系和外部标准坐标系下的坐标,并利用公共点在两坐标系下的坐标对目标函数进行非线性优化,获得视觉传感器外参数最优解。视觉测量合作靶球的设计将靶标、光源和球形外壳相融合,以满足与跟踪仪合作靶镜的互换性和球心可测的需求。对外参标定过程中的误差传递进行了分析,并通过仿真优化标定精度,以及实验验证该标定方法的精度。结果表明,该方法的外参标定精度可达到0.036mm,能够实现直接、灵活、高精度的公共点数据获取。     

基于弱透视成像模型的目标三维姿态测量

为了准确获取空间目标跟踪、视觉导航等领域中目标的三维姿态,进行了目标三维姿态单目视觉测量方法研究.提取图像目标的典型特征点构造出直角三角形,并通过其边长比例先验信息以及弱透视成像模型推导出目标三维姿态的单目解算算法.与传统测姿方法相比,该算法在相机焦距等内参量未知条件下依然可解算姿态,增大了测姿应用范围;与传统迭代测姿方法相比,避免了循环迭代求解过程,无需设置迭代初值,提高了解算效率.数值仿真试验结果表明目标在离相机1~3km成像时姿态测量误差低于1.5°;实际图像序列测量结果表明目标俯仰角和偏航角测量结果拟合残差小于1°,翻滚角拟合残差小于2°.实验验证了算法的正确性和稳定性,表明该算法在内参量未知条件下能有效测量中远距离成像目标三维姿态.     

基于自适应下采样的移动机器人视觉定位技术

视觉定位是移动机器人定位的一个主要发展方向,针对传统视觉定位技术实时性差的问题,提出一种基于自适应下采样的快速视觉定位技术。通过预先得到的尺寸特征,并根据最小分辨尺寸计算下采样率,而后对下一副图像进行下采样及图像分割,根据对象坐标和下采样率确定对象在源图像中所处区域,对源图像该区域进行图像分割和特征提取。将提取的尺寸特征作为下一幅图像的输入,提取的视觉定位所需特征用于机器人的定位解算,由此在保证视觉定位精度的前提下有效减少视觉定位的时间。实验表明,对文中给定图像,传统方法处理100幅图像时间为20.23 s,而文中所述技术对应图像处理时间为1.78 s,仅为传统技术的8.8%,有效减少了图像处理时间,提高了机器人视觉定位的实时性。     

基于单数码相机的三维视觉测量数据拼接方法

针对大型物体三维形貌视觉测量,提出了一种新的视觉测量三维数据拼接方法。以一台高分辨率数码相机作为全局测量设备,在测量过程中固定不动,并以数码相机坐标系作为全局坐标系。视觉传感器流动到不同位置对物体各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维数据。以一平面靶标为中介将视觉传感器在各位置的局部坐标系统一到全局坐标系下,从而将三维数据统一到全局坐标系下,完成三维拼接。该方法无需在被测物上贴标记,因此适用于任何材质的被测物,且消除了拼接累积误差。实验结果表明,该方法相对拼接误差为0.076%。以Venus石膏像为被测对象,视觉传感器对其三个局部区域进行测量,给出了局部测量结果及拼接结果。     

基于单PSD的目标空间位姿测量方法

为了克服图像传感器在位姿测量中存在响应速度与精度相互制约以及相应图像处理算法复杂的缺陷,提出一种基于单个位置敏感探测器的目标空间位姿测量方法.首先建立以位置敏感探测器光敏面中心为原点的传感器坐标系并在该坐标系下定义空间姿态角,然后将合作目标上8个循环交替点亮的红外LED光源作为探测对象,特征发光点经过会聚镜头成像于探测器光敏面上,经信号处理得到各点二维像坐标,并结合光源相对位置关系最终解算得到目标在传感器坐标系下的空间位置和姿态.在对系统稳定性进行验证后完成了位置平移与角度旋转的测量实验.实验结果表明:提出的方法在视场角为16.3°的范围内探测距离可达10m,沿深度方向的位置测量绝对误差最大为36.2mm,其他方向位置测量平均绝对误差最大为7.1mm,角度测量绝对误差优于2°.该方法解算过程简单、实时性强,测量更新频率为100Hz,可以满足位姿检测的高速要求.     

两轴四框架光电稳定平台的稳定解算

光电稳定平台常采用两轴四框架的结构形式扩大稳定跟踪范围和提高跟踪精度,内外框架之间由于机械结构连接产生耦合,为建立稳定解算方程,分析两轴四框架光电稳定平台的工作原理,通过各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,推导出稳定解算方程和甲板坐标系的角位移解算公式,在典型工程实际条件下,比较公式计算的理论值与直接利用测角量累加值...     

一种机器人视觉系统非接触式手眼标定方法

针对传统机器人视觉系统手眼标定方法存在人工定位特征点误差大和标定过程耗时长的问题,提出了一种机器人视觉系统非接触式手眼标定方法。采用圆锥体作为标定块,通过3D视觉传感器采集标定块图像,基于Halcon编写上位机程序对图像进行处理计算,自动获取3D视觉传感器坐标系下标定块特征点坐标,同时导入机器人基坐标系下的坐标,计算手眼关系变换矩阵,完成机器人视觉系统手眼关系标定。实验表明:此方法平均标定操作时间为6.47min,平面定位误差最大值为0.39mm,空间定位误差最大值为0.478mm,缩短了标定操作时间并提高了标定精度。     

大尺度阻隔空间姿态组合测量方法研究北大核心CSCD

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。     

基于单目视觉的曲面弧度测量方法

针对异形件曲面弧度的测量问题,提出了一种基于单目视觉的曲面弧度测量方法.首先,用基于三色LED环形光源和CCD彩色相机组成的单目视觉系统采集单张包含被测曲面表面特性的彩色图像;其次,分析该图像的彩色分布特征、灰度变化规律和相邻区域特征的相关性,设计分割方法,完成目标曲面的分割;然后,基于单目视觉系统成像模型,结合材质与实验环境相关参量,推导出被测表面高度计算方程;最后,解出相邻像素点间的高度累加分量,进而还原被测点的高度,在此基础上,建立曲面弧度测量模型并完成曲面弧度测量.分别对3D打印曲面样品、螺钉螺纹、SIM卡槽进行了曲面弧度测量实验,与激光三角法测量结果对比,所提方法误差小于±3.6%,测量准确度为0.000 1rad,曲面弧度测量时长小于0.6s.实验结果表明,该方法对测量物体边缘、高度突变,高度渐变等类型的曲面都具有良好的适应性,在实现较高准确度测量的同时,具有较快的测量速度.     

基于SLAM的连续运动测量坐标转换算法研究

本文基于同步定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)原理,通过双目视觉系统的坐标转换方法,建立动态坐标系与静态基准点之间的关系,实现连续运动测量。通过实验,设计运动路线,验证坐标转换算法,并得到了建立在世界坐标系下的空间线形曲线。实验结果表明：转换后的坐标,x、y、z三个方向的最大误差不超过0.734mm。     

基于四节点RSSI的三维空间定位算法

针对提高室内三维空间的定位精度和速度的问题,从减少节点数量、建立特定坐标系的角度提出了一种基于四节点和特定坐标系的三维空间定位算法。该算法引入位置相对固定的四个节点,提高解算速度;充分考虑有效反射区对衰减指数影响,根据伯鲁斯特角将天线辐射场区分为叠加加强区和叠加减弱区,建立三维坐标系进行定位,结合信号强度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)衰减模型,在叠加减弱区定位,把三维空间问题转化到二维空间,降低定位算法的复杂度。文中分别阐述方法的原理与验证,结果表明,四节点定位算法的解算速度比降低复杂度(Complexity-Reduced Trilateration Approach , COLA)定位算法有较大提高,该算法平均定位误差小于2米。     

逆向工程中基于共轴立体视觉的曲面边界测量

针对逆向工程中引导性曲面边界信息的快速获取问题,系统地研究了共轴立体视觉测量方法,建立该方法的数学模型,详细分析了摄像机焦距、基线距等系统结构参数及被测点空间位置对测量精度的影响,通过数学分析确定摄像机基线距的最佳取值范围,研究共轴立体视觉测量系统特殊的极线几何关系.提出基于共轴立体视觉的曲面边界快速测量方法,利用三坐标测量机的精密机械系统及精确的空间定位能力,用单个摄像机以两次共轴定位摄取图像的方式实现共轴立体视觉测量功能,然后利用共轴立体视觉外极线相互平行且通过各自像平面主点的特殊极线几何关系简化同源像点匹配过程,从而快速获取被测曲面的边界信息.实验结果表明:用基于三坐标测量机的单摄像机共轴立体视觉测量方法获取的曲面边界平均误差为0.268 mm,基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.     

一种高精度线结构光视觉传感器现场标定方法

针对现有线结构光视觉传感器标定方法存在的局限性,提出一种不需要求解光平面标定点的标定方法.根据光条图像求解平面靶标上光条在摄像机坐标系下的Plücker矩阵.在视觉传感器前合适位置将平面靶标摆放多次,联立所有光条空间直线的Plücker矩阵,求解光平面在摄像机坐标系的平面方程.最后通过非线性优化方法得到光平面方程在最大似然准则下的最优解.在标定过程中,所有光条点都参与光平面参数的计算过程,因此该方法标定结果精度高、稳健性强.实验证明,与现有方法相比该方法标定精度提高30%左右.     

一种无公共视场相机位置关系的求解方法

多相机系统的标定是立体视觉测量中的一个重要问题。而当各相机间公共视场较小或无公共视场时,标定参照物不能同时出现在所有相机的公共视场,因此无法求解系统中多相机的相对位置关系。针对该类问题,论文在二维靶标标定法的基础上,提出了一种基于两轴转台的无公共视场相机位置关系的求解方法。将待标定系统固定在转台上,利用转台转动确定靶标坐标系与转台坐标系之间的相对关系;通过转动转台使二维靶标依次进入每个相机视场以分别确定转动后每个相机在靶标坐标系中的位置,并记录转动的角度;最后,结合靶标坐标系与转台坐标系关系,求解各相机之间的相对位置关系。实验结果表明,该方法具有可操作性,解算误差在0.5%以内,可较准确地确定多个光轴之间角度较大的非共视场相机位置关系。     

逆向工程中基于共轴立体视觉的曲面边界测量（英文）

针对逆向工程中引导性曲面边界信息的快速获取问题,系统地研究了共轴立体视觉测量方法,建立该方法的数学模型,详细分析了摄像机焦距、基线距等系统结构参数及被测点空间位置对测量精度的影响,通过数学分析确定摄像机基线距的最佳取值范围,研究共轴立体视觉测量系统特殊的极线几何关系.提出基于共轴立体视觉的曲面边界快速测量方法,利用三坐标测量机的精密机械系统及精确的空间定位能力,用单个摄像机以两次共轴定位摄取图像的方式实现共轴立体视觉测量功能,然后利用共轴立体视觉外极线相互平行且通过各自像平面主点的特殊极线几何关系简化同源像点匹配过程,从而快速获取被测曲面的边界信息.实验结果表明:用基于三坐标测量机的单摄像机共轴立体视觉测量方法获取的曲面边界平均误差为0.268mm,基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.     

根据环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射

内部杂散辐射抑制水平是评价红外成像系统的一项重要指标。由于内部杂散辐射与环境温度有关,其测量过程必须在多个环境温度下进行,存在成本高、时间长且实验设备要求高等缺点。针对上述问题,通过建立多积分时间定标模型,研究环境温度对内部杂散辐射的影响,提出一种采用环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射的方法。该方法通过对制冷型红外探测器定标,获取探测器内部因素对系统输出的影响,结合系统在某一环境温度下的定标结果解算系统内部杂散辐射与环境温度的定量关系,进而计算系统在任意环境温度和积分时间下的内部杂散辐射。通过辐射定标实验验证该方法的有效性,实验结果表明该方法可以实现对制冷型红外成像系统内部杂散辐射的高精度测量。     

一种机载光电平台下基于几何模型的被动定位方法

现代军事冲突中,光电对抗技术得到了越来越广泛的应用,隐蔽性也是战机不可忽略的重要一环。由于发射电磁波测距容易暴露自身位置,而单站无源或被动定位技术具有体积小、自身隐蔽性好和机动性高等诸多优点,因此它在现代战争中具有重要的应用前景。按照先定位后测距的思想,从对单机载被动定位算法的角度出发,通过在大地坐标系下建立三种几何模型对比分析了所提方法与传统被动测距方法在解算速度和精度上的差异。通过对机载目标实际应用场景进行建模设计,两种算法分别在高度2 500 m、解算频率500 Hz情况下对俯仰角进行滤波后解算有效返回距离值,实验对比得出所提被动定位算法比传统被动测距方法的计算复杂度大幅降低,平均解算时间提升约56.91%,极大增加了机载目标解算频率,节省了更多计算资源,同时还保证了定位精度稳定性,能够满足实际使用需求。     

基于单光弹调制器的米勒矩阵测量技术

针对已有米勒矩阵测量方法的不足,提出了一种基于单光弹调制器的米勒矩阵测量技术,给出了米勒矩阵测量优化算法及系统参数两步校准法。该技术通过两步校准法对系统参数进行校准测量,利用优化算法计算得到待测样品的米勒矩阵。实验结果表明,待测1/4波片相位延迟量测量值为90.4185°,误差在标称偏差λ/300以内,快轴方位角测量值为0.2348°,误差在最大旋转误差0.4°以内。同快轴方位角为0°的1/4波片标准米勒矩阵相比,待测1/4波片米勒矩阵各元素最大相对误差的直接测量值和间接测量值分别为1.97%和0.83%,均小于最大相对误差的模拟仿真值2.11%。通过提高旋转台的读数精度和减小相位延迟量的标称偏差,可以进一步减小米勒矩阵各元素的最大相对误差。