基于参考靶标的线结构光传感器标定

为提高线结构光传感器(LSLS)的标定精度,提出了一种基于平面参考靶标的标定方法。给出了相机坐标系下参考靶标点中心坐标及激光平面方程的计算方法;将参考靶标点中心向激光平面投影,并以左下角投影点为原点建立世界坐标系,得到了靶标点中心像素坐标所对应的世界坐标;采用多项式拟合得到了任意像素点到世界坐标的转换关系,实现了传感器的标定,标定结果仅为多项式的系数,便于存储和使用;对标定误差进行了分析。结果表明,所提方法得到的各测试点与第一个点间距离误差的均方根值为0.0216 mm,相对于传统方法减少了22%,所提方法在LSLS高精度标定方面具有一定的优越性。     

TDI CMOS图像传感器曝光时间优化方法研究

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量,研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理,根据分析结果,提出在级数已选定的情况下,曝光时间的选取存在最优值,此时得到的图像质量较好。为验证结论,基于自主研发的TDI CMOS图像传感器芯片及现场可编程门阵列(FPGA)开发板,搭建了TDI CMOS图像传感器成像测试系统。实验中采用MTF×SNR作为评价图像质量的指标,实验结果表明,在选定的相机参数下,积分级数为8级,光强为20 lx时,TDI CMOS图像传感器曝光时间选取64 ms时所得到的图像质量最好,此时MTF×SNR最大。     

基于共面靶标的线结构光传感器标定新方法

现有的线结构光传感器标定方法中,结构光平面上标定点的计算精度将会直接影响到传感器最终的标定精度。提出了一种基于共面靶标的线结构光传感器标定新方法,该方法无需计算光平面上的标定点,也无需反复计算摄像机的外参数。多次移动共面靶标计算不同方向激光条纹直线的消隐点,并对其拟合直线得到光平面的消隐线,完成光平面法向的标定。根据交比不变原理计算共面靶标上标定点间的距离,并以其为约束来标定剩余参数。考虑到误差传递的影响,定义了优化目标函数,以已求得参数为初值进行非线性优化。对比实验表明了该方法具有较高的标定精度,测量误差均方根为0.0306mm,且标定过程简单,计算复杂度低,适合现场标定。     

结构光光条中心点信度评价方法与应用

结构光三维测量中,光条中心点的提取是极其重要的步骤.现有方法对结构光条中心点提取都仅仅是标志中心点的位置,而中心点位置的可信与否,并未提及.对于一些特殊场合应用,例如室外复杂情况的测量,需要确定测量结果的可信程度.如何评价光条提取的中心点的可信程度成为亟待解决的关键问题.针对这一问题,对光条模型进行实际分析,给出了更为...     

光条亮度对线结构光测量精度的影响

光条中心的提取精度直接影响线结构光传感器最后的测量精度,而光条亮度是影响提取精度的主要因素。提出了光条中心提取精度的评价方法,通过实验获得光条亮度与光条中心提取精度之间的关系曲线;为了在实际测量中能获得最佳光条亮度(对应最高的提取精度)设计了基于D/A转换的光条亮度自适应调节电路。实验结果表明:光条过暗或过亮都会使线结构光传感器的测量精度降低,在测量不同颜色的表面时通过光条亮度的自适应调节均可获得最高的提取精度。     

一种基于线结构光传感器的圆位姿测量方法

对零件上圆形特征的测量是工业制造中质量控制和自动化加工的重要方面。针对基于计算机视觉原理测量空间圆位姿适应性弱、鲁棒性不强的问题,研究了一种基于线结构光传感器的测量方法。根据图像上椭圆以及空间圆对应的两个二次曲面方程之间的转换关系,求取圆孔法向矢量,该过程需要借助一个虚拟锥面构建中间曲面转换矩阵;进而结合法向矢量和激光线与圆周两个交点的三维坐标数据构建圆孔平面,利用共线方程即可得到圆孔的孔心坐标和半径。对该测量方法进行实验验证,结果表明:在线结构光传感器与空间圆的各种姿态下,圆孔半径在2～4 mm范围内,法向矢量平均误差为0.3°、半径平均误差为0.02 mm、孔心坐标平均误差为0.02 mm。在对比实验中,该方法对于半径为3.054 mm的圆孔,半径最大误差为0.04 mm,旧方法误差极值为0.23 mm。从而验证了该方法在各种场景下测量结果均能达到较高的精度,工作环境适应广,鲁棒性较强。     

基于线结构光传感器的轨道板几何形貌检测方法

轨道板的外形尺寸精度对于保证高速铁路轨道质量起着至关重要的作用,针对现有轨道板检测方法存在的问题,本文建立了一种基于线结构光传感器的轨道板测量系统并提出了基于轨道板点云数据的几何参数测量方法。线结构光传感器按照固定间隔扫描CRTS III型轨道板,获得点云数据;利用轨道板中特殊位置点云数据对整个点云数据进行位置和姿态的校正;最后根据特征参数定义,实现轨道板四项关键几何参数的快速非接触测量。实验结果表明,本文提出的测量方法测量精度可达0.2 mm,满足轨道板的在线检测要求     

超大尺度线结构光传感器内外参数同时标定

为实现大型自由曲面工件的高精度快速三维测量,设计了一种由超大尺度结构光传感器和两轴导轨构成的三维测量系统。结构光传感器在两轴导轨的带动下获取图像,通过计算得到目标工件的三维坐标。为了将二维图像坐标转换到三维相机坐标,提出一种线结构光传感器内外参数同时标定的方法。该方法使用准一维靶标进行标定,通过获取运动机构平移过程中靶标与激光光条的图像,计算得到线结构光传感器内外参数。实验结果表明,该标定结果可靠,系统的测量误差在0.6mm以内,满足设计需求。标定过程操作简便,靶标制作简单,适合于工业现场标定使用。     

一种基于自动多次曝光面结构光的形貌测量方法

为解决视觉测量中重建强反射表面时遇到的过度曝光或曝光不足的问题,提出了一种基于自动多次曝光的面结构光测量方法。该方法的核心是根据基准点像素值随曝光时间的变化计算相机响应曲线。利用相机响应曲线和不同曝光时间下的图像计算出当前场景测量所需的曝光次数和曝光时间。将具有不同曝光时间的图像序列融合成新的条纹图像序列进行重建。实验结果表明:所提方法能够准确计算每次曝光的时间,克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗的问题,能够实现高动态范围表面反射率物体的三维形貌光学非接触测量。     

线结构光传感器中非线性光源单向扩展光路设计

为了减小线结构光传感器光源对测量精度的影响 ,设计了一种集整形和能量校正为一体的非线性光源单向扩展光路。应用反高斯分布的液体吸收滤光镜 ,实现了高斯光束强度的径向均匀化。并应用矩形光阑和两个相互垂直放置的柱面镜 ,对准直后的激光束进行整形 ,分别在不同的方向进行拉伸和压缩 ,得到了形状理想的线光源。此技术已成功应用于BGA芯片管脚的三维尺寸测量中。     

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.     

基于线结构光的裂隙提取算法研究

在路面裂缝的检测中,传统人工检测的方法准确性低,效率低,且单目视觉技术无法准确获得深度信息,只能得到二维平面信息。基于此,文章引入了双目线结构光技术,提出了一种基于地面平均高度的三维裂缝提取算法,实现了裂缝的三维信息采集。算法提取图像中每列像素值中最低点为起点,向左右扩散形成一个边缘提取范围,计算该列边缘提取范围以外的像素平均值作为地面平均高度值,然后以最低点为中心开始遍历每个像素值,当左右两边像素超过地面平均高度值时,则确定两个像素点为裂缝边缘。整合所有列,实现整条裂缝边缘的提取。实验结果表明：文章提出的裂缝识别算法能够较为准确的对裂缝边缘进行提取,通过与Canny边缘提取算法对比,数据表明,文章算法在连续性上表现更好,本文算法的图像水平相关性数据总体都高于Canny边缘提取算法,平均提高了30%。     

基于线结构光的视频内窥镜测量技术

针对视频内窥镜的测量需求，提出了一种基于线结构激光照射的测量技术。采用线激光作为定标光照射物体表面，建立了线结构光成像模型，标定了不同物距时的放大率和图像中线位置间的比例系数。通过构建测量平台计算了物体的几何参数，实验结果表明测量误差在10%以内，能够满足视频内窥镜观测和测量要求。     

基于宇称-时间对称结构的磁光调制器

提出一种基于周期性宇称-时间（PT）对称结构的磁光调制器,该结构由在中间的水基MnFe₂O₄磁流体层和两侧周期性PT对称单元构成,利用磁流体的磁光效应,实现具有增益的高消光比光调制。利用传输矩阵法对结构进行仿真分析,结果表明,对于波长处于结构禁带低透射区域的入射光波,在以1550 nm为中心从1513 nm到1587 nm的波长范围内,调制器对入射光最大增益接近25 dB,消光比最高接近60 dB,最低可达30 dB,同时入射光波透射率和波长移动的平均调制灵敏度最大分别可以达到74.51 dB和108.2 nm。     

基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

基于CPLD的线阵CCD光积分时间的自适应调节

在分析SONY公司的ILX533K型CCD驱动时序的基础上,设计了单片机控制下的光积分时间自适应调节系统.选用CPLD器件作为硬件设计载体,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述.采用MAX+PLUS Ⅱ软件对所做的设计进行了功能仿真,并针对ALTERA公司的CPLD器件EP1K50进行了RTL级仿真及配置.系统测试表明,所设计的光积分时间自适应调节系统可以满足光积分时间的快速自适应调节.     

基于射线追踪的线结构光曲面网格标定

结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。     

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。     

基于单应性矩阵的线结构光参量标定法

利用矩形角点计算了成像平面与靶标平面之间的单应性矩阵,获取了结构光中心线在靶标平面的直线方程,结合消失点原理获取了直线上任意多个标定点的三维坐标;通过多幅图像标定点的拟合得出了光平面方程.实验表明,该算法可实现光平面参量的快速准确标定,标定结果达到的定位准确度为±0.437mm,符合工业现场的实际需求.与交比不变法相比,该方法获取标定点的效率高,靶标设计简单、通用性强.     

基于双目线结构光的机车闸瓦厚度检测

为了提高智能化检测精度,提出了基于双目线结构光的机车闸瓦厚度检测方法,利用线结构光获取物体表面信息,对采集的图像进行光条中心线提取,再根据双目视差原理得出闸瓦的三维信息,从而求出闸瓦厚度。实验结果证明,该方法检测精度高,可以有效解决闸瓦遮挡和视觉盲区等问题,能够满足实际检测需求。