基于单目视觉的航天器间相对位姿测量算法

对航天器间相对位姿的光学测量问题进行了研究,提出了一种新的单目视觉测量算法——相似迭代算法。该算法根据三角形相似原理提出了一种新的深度迭代机制,并通过引入深度变量,将求解2D-3D问题转化为迭代求解3D-3D问题。对数值仿真与两种现有的测量算法进行了比较。仿真结果表明,该算法具有精度高、抗噪声能力强和实时性较好等优点,可以应用于航天器间相对位姿测量等任务。     

交会对接航天器间相对位姿参数单目视觉测量的解析算法

利用四个非共面设置的特征光标和单个CCD相机,采用单位四元素来描述航天器相对姿态,基于比例正交投影近似假设,建立目标航天器已知特征光标物理坐标和对应图像点图像坐标之间的简化数学模型,以解析的形式给出了航天器间相对位姿参数(相对位置和姿态),并对解析解进行修正。对该算法进行数学仿真,仿真结果表明,算法简单可靠,能够满足航天器确定精度和实时计算的要求。     

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法

针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素，分析结果与工程实际有较大差异的问题，提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型；综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素，将其同时引入位姿测量模型进行分析；分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响，找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验，结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率，能够有效地提升该系统的位姿测量精度，位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。     

基于特征圆靶的单目视觉位姿测量算法研究

为提高基于工业机器人近距离下空间平面位姿的求解精度,分析了由透视畸变引起的圆投影误差的变化规律,以物距与特征圆半径的比值作为衡量圆透视畸变误差的参数依据,提供了不同物距下的精度参考。推导了基于空间圆投影图像的三点相对位姿求解算法。定量的误差分析和实验验证表明,物距与特征圆半径比值在18以内像素精度在0.1～1像素时,算法精度平均可以达到0.1°,优于文中其他两种算法。     

基于共面特征点的单目视觉位姿测量误差分析

为了克服单目视觉测量中景深信息缺失的问题,运用改进的两段式迭代算法,对刚体位姿测量解算模型进行了优化.给出了特征标靶最优化布局,理论分析了标靶尺寸大小、标靶基线长度及特征圆点大小和解算准确度的关系.实验结果表明,优化的特征标靶布局、较大的特征标靶基线长度及较小的特征圆点靶标能够提高测量解算准确度.该研究对提高实际测量系统解算准确度具有一定的理论指导意义.     

基于单目相机的三点式激光器测距及位姿估计方法研究

针对现有基于单目相机的三点式激光器视觉测量系统易受激光特征点的2D图像检测误差、相机畸变误差、图像中心点坐标误差以及焦距等影响,提出一种新的测距及位姿估计方法,使姿态角的求解仅与距离值、相机固定参数和激光器安装位置相关.首先,控制三个激光器在平行射出光的情况下,对单目相机进行内参标定,初步解算相机中心点的位姿坐标;然后...     

单目摄像机-激光测距传感器位姿测量系统

在单目视觉测量中,由于模型自身的限制,沿摄像机光轴方向上的位移测量精度一般远低于垂直光轴方向上的位移测量精度.首先,从数学模型上分析了单目视觉位姿测量在沿光轴方向上位移测量精度低的原因;然后,为了提高沿摄像机光轴方向上的位移测量精度,通过在沿摄像机光轴方向上加装一个高精度的激光测距传感器,设计了一种单目摄像机-激光测距...     

基于去离群点策略提高目标位姿测量精度

针对在单目视觉目标位姿测量过程中,特征点提取出现离群点的情况,提出一种基于去除离群点策略的位姿测量方法(ORPE).建立了以特征点误差极大极小为原则的最优化目标函数,通过确定特征点最大观测误差值边界,判定并去除离群点,由此可消除离群点误差对位姿测量的影响.仿真实验使用ORPE对1 m×1 m × 1 m的立方体目标进行位姿测量,验证了算法的正确性;使用ORPE测量Boeing飞机模型的位姿,平均姿态角误差2.07°,平均位移误差1.6%.通过和最小二乘测姿法(LSPE)结果对比分析可得ORPE法误差小于LSPE法误差.表明ORPE能有效去除离群点,同时提高佗姿测量精度.     

垂直直线特征的双目视觉位姿测量方法

针对直线特征,提出了基于两条垂直直线特征双目视觉位姿测量解析算法。该算法根据直线特征和其在摄像机图像上投影直线共面性质建立模型,利用单位四元素法简化了投影模型变量,进而在仅知被测物体上两条直线相互垂直的信息,利用两条垂线投影在两个摄像机图像上四条直线图像,求解出被测物体的位姿参数。同时分析了退化情况下位姿求解方法,即当直线向量平行于两个摄像机基线向量时,直线向量在左右摄像机投影到同一条直线上时的位姿求解方法。基于Matlab仿真实验表明该算法对于噪声具有一定的稳健性,即使两条直线不垂直而有一个角度误差时,仍能保证一定的精度。实物实验表明该算法可以满足一般测量精度要求。     

High accurate estimation of relative pose of cooperative space targets based on measurement of monocular vision imaging

Autonomous rendezvous and docking (ARD) plays a very important role in planned space programs, the success of ARD rests with the estimation accuracy and efficiency of relative pose among various spacecraft in rendezvous and docking. In this paper, a high accuracy and efficiency estimation algorithm of relative pose of cooperative space targets is presented based on monocular vision imaging, in which a modified gravity model approach and multiple targets tracking methods are employed to improve the accuracy of feature extraction and enhance the estimation efficiency, meanwhile the Levenberg–Marquardt method (LMM) is used to achieve a well global convergence. Moreover an experimental platform with DSP and FPGA is designed and implemented. The comprehensive experimental results demonstrate its outstanding accuracy and efficiency, the update rate achieves 16 Hz and the estimated error of depth does not exceed 2% with noise influence.     

基于opencv的单目视觉测量系统的研究

_{介绍一种基于机器视觉的测量工件宽度的新方法,在开源计算机视觉库OpenCV的支持下,设计并实现一种对工件宽度进行动态实时测量的系统。为了降低其它光的影响,在CCD镜头下面固定一块红光滤光片,系统通过采集经红光线激光器投射的工件图像,对图像进行二值化、截取感兴趣区域、轮廓提取等处理,最后实现工件宽度的自动测量。对不同尺寸的工件进行了自动测量实验,实验结果表明,采用的测量方法在实际工件测量中是可用的,整个测量过程用时在100ms左右,最大相对误差不超过1.5%。}     

基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量方法

为解决实际工程中无法在被测目标表面设置固定特征来配合单目视觉系统实现目标姿态测量的难题,将圆结构光源引入单目视觉系统中。通过建立圆结构光的视觉姿态测量模型,提出了一种基于单目视觉和圆结构光的目标姿态测量方法。利用图像处理获取不同姿态下目标表面的结构光光条图像的数学参数;然后将其输入到姿态测量算法中,得到目标表面结构光光条的法向量;最后利用目标表面的参考点与结构光光条中心之间的距离约束关系确定唯一解。实验结果表明,该方法有效可行,测量误差平均在0.5°以内,更便于机器人抓取等工程领域的应用。     

基于单目视觉的虚拟鼠标方法

自然的交互方式有利于提高增强现实系统的真实感和沉浸感,是增强现实技术的重要研究内容。针对这一问题,提出一种基于单目视觉的虚拟鼠标实现方法,只需要使用单个摄像头,即可对裸手手势进行识别进而模拟真实鼠标动作,最后基于该方法开发了基于单目视觉的虚拟鼠标系统。首先,根据色度信息,分割手部肤色区域;然后,基于指尖的形态学特征识别指尖点,并过滤以排除误检点;最后根据指尖点及其坐标控制光标模拟鼠标动作。实验结果表明,该系统设备简单、精度较高,完全可以实现各种鼠标动作的模拟。     

Study on the position and orientation measurement method with monocular vision system

In order to estimate the position and orientation of an object with a single camera, a novel measurement method based on pinhole camera model with five reference points is presented. Taking the specially designed planar target with the monocular vision system, the projection line of the reference points is built. According to the projection model, the coordinates of the reference points in the camera coordinate system are estimated with the least-squares algorithm. Thus the position and orientation of the target are worked out. Experimental result shows that the measurement precision of angle is less than 0.2°, and that of displacement is less than 0.1 mm.     

A monocular pose measurement method of a translation-only one-dimensional object without scene information

A monocular method to measure the pose of a translation-only one-dimensional (1D) object containing at least two known characteristic points is presented. The position of any other point on the 1D object can be located after the pose measurement. Scene information is not needed to apply the method. If the distance between the characteristic points is unknown, there is a scale factor between the object's real positions and the measurement results. The method can also be used to measure the pose and shape parameters of a parallelogram, prism or cylinder object.     

光笔式单目视觉测量系统的关键技术

为了对机械加工部件进行高精度、大尺寸、三维立体空间的现场实时测量,建立了光笔式单目视觉测量系统。对该系统中的新型光笔工艺、算法转换模型、摄像机焦距的优化、光笔笔尖位置的标定进行了研究。首先提出了一种利用光刻工艺设计制作的新型光笔,其次,基于近景摄影测量学中的单像空间后方交会原理,建立了一种新的光笔坐标系与摄像机坐标系之间的转换模型,通过最小二乘平差法循环迭代求解最优的单像空间外方位元素,从而确定了转换模型基本参数。最后,分析了摄像机焦距对光笔式单目视觉测量系统结果的影响,并提出了一种确定相对准确焦距和光笔测头在光笔坐标系下的位置的方法。实验结果表明：摄像机坐标系下x轴、y轴、z轴方向的稳定性误差分别为0.042、0.048、0.066 mm;测量最大误差为0.173 mm,较大程度上满足了光笔式单目测量系统稳定性强和精度高的要求。     

基于单目视觉的机械臂目标定位系统设计

在筒子纱染色的工业生产中,获取机械臂及纱杆锁扣的相对位置实现机械臂的精确定位和抓取目标是染色过程的关键技术。设计了基于单目视觉的机械臂目标定位及光学测量系统,通过单目光学成像的方式实时获取锁扣目标的图像,结合图像分析算法解算出目标空间位置以及目标与机械臂的相对位置。利用OPC通讯技术,将目标的空间位置信息传输给机械臂控制模块并控制机械臂的运动实现目标的抓取。通过现场实验,机械臂定位系统的定位误差在2mm范围内。     

单目视觉融合激光投射的无人机障碍探测方法

针对微小型无人机在飞行作业任务中的主动避障需求,提出一种用于微小型无人机避障的、基于单目视觉与主动激光点阵投射的障碍探测方法。使用单目相机采集投射的激光点阵图案,经过图像分割、聚类、质心提取等处理过程,通过像面激光线方程约束快速排除特征一致激光点的歧义,使用激光点探测出无人机前方空间中障碍的方位信息。实验验证装置在基线距离为65 mm,工作距离为7 m的条件下,障碍探测的相对误差在1.5%以内。该方法精度高、时间复杂度低,可满足低算力的微小型无人机对障碍探测方法的需求,为进一步避障策略的生成提供数据支撑。