基于ICP算法的双目标定改进方法研究

双目视觉作为一种非接触三维(3D)测量技术,其位姿标定结果的好坏将直接影响3D物体测量的精度。基于迭代最近点(ICP)算法获得两组点集之间平移和旋转参数的原理,提出了一种在传统双目位姿标定结果的基础上补偿双目标定矩阵改善精度的方法。介绍了摄像机模型、双目视觉测量模型和ICP算法的基本思想。用双目摄像机标定的外参数和相同的靶标坐标系获得双目视觉位姿矩阵,在此提出基于ICP算法获得两组点集的旋转平移矩阵补偿双目位姿矩阵的方法,以及相应的靶标角点坐标投影误差分析模型。双目摄像机采集9组5×7个角点的靶标标定图像,应用ICP算法补偿双目位姿矩阵,并采用误差模型对9组标定结果进行了分析,双目结构光标定改进实验结果表明,应用ICP算法补偿双目标定模型能显著地提高双目标定的精度。     

电子罗盘水平状态下航向角误差补偿算法的研究

针对电子罗盘测量时存在传感器的零位、灵敏度误差和干扰磁场引起的航向角误差问题,应用一种航向角误差补偿算法进行校正;在分析了电子罗盘航向角测量的工作原理、航向角误差形成原因的基础上,详细阐述了该补偿算法的实现原理,并通过LbVIEW软件仿真验证;同时设计了两种测量方案和测试系统,利用HMC1043芯片的电子罗盘进行多次实测验证并得出结论;实验结果表明:补偿后电子罗盘测量的航向角误差在4.5°以内;该补偿算法补偿效果良好,实现简单。     

基于单应性矩阵的变焦双目视觉标定方法

针对现有变焦镜头标定方法难度大、动态精度低等问题,提出一种基于单应性矩阵的动态变焦双目内外参数估计方法和平面快速重建方法。利用双目图像匹配点及变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计;基于变焦数学模型和单应性矩阵,求解变焦后双目内外参数,实现畸变后双目参数动态估计与优化;通过双目图像单应性进行平面快速匹配和重建。实验结果表明,计算的内外参数与标定结果吻合较好;变焦后,推导的单应性矩阵归一化误差小于0.01,图像重投影误差小于1pixel;重建精度小于0.1mm。     

补强片自动贴片系统高精度手眼标定方法

针对补强片自动贴片系统的手眼标定问题,为了消除相机安装的垂直度偏差带来的误差,提出了一种新的手眼标定方法。使用标定板得到相机的外参数,将外参数与常规的二维标定模型相结合,从而间接计算出相机坐标系与机器人基础坐标系的齐次坐标转换矩阵,使手眼标定模型扩展为三维。三维模型的标定计算误差小于0.1 m,相比二维模型降低了1个数量级,有效提高了标定计算精度。利用厚度较小的菲林修正齐次坐标变换矩阵的Z方向分量,系统具有较高的定位精度,手眼标定的误差绝对值小于0.015 mm,有效减小了误差均值,设备性能得到大幅提高。该方法在系统可控自由度有限的情况下,能够得到手眼标定问题的唯一解,提出的三维模型中包括了相机的完整姿态信息,相比常规的标定方法没有相机安装等额外的限制条件,能有效提高系统的手眼标定精度。     

可见光变焦距电视光学系统设计

基于高斯光学理论准确选择高斯解,并采用机械补偿机构,实现了连续变焦.设计了一种焦距为20 m~200 mm可见光变焦距电视光学系统,视场角为22.62°~2.3°.系统的极限分辨率达59.5lp/mm.经过像差校正后,60lp/mm处的MTF大于0.4.     

柔性关节机器人全局渐近稳定PID算法控制

"小误差放大,大误差饱和"函数能够提高柔性关节机器人位置的控制品质。利用这一函数,提出了比例-非线性微分加实时重力补偿(P-ND+)位置控制算法。应用Lyapunov稳定性理论和La Salles不变性原理证明了闭环系统的全局渐近稳定性。通过仿真,采用P-ND+算法能使机械臂和关节的稳定时间从1s减小到0.2s左右,结果表明该算法比传统算法响应速度更快,验证了提出的非线性控制(P-ND+)相对于传统的线性(PD+)控制具有更好的控制品质。     

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。     

大视场多CCD拼接相机标定方法研究

介绍了一种多CCD拼接弹道相机的标定方法和步骤,以及标定系统的原理及组成。对相机的光学畸变和大视场拼接物像几何投影关系进行了分析,建立了相机数学模型,并采用最小二乘多元回归分析方法,通过测量相机的内方位元素计算畸变系数,确定了最佳条件下相机数学模型中的各个参数。实验表明利用该方法标定出相机精度方位角测角误差小于10″,高低角测角误差小于15″。     

Seya-Namioka单色仪中光栅曲率半径误差的影响及补偿

Seya-Namioka光栅制作过程中的曲率半径误差会引起离焦像差,该像差会对光栅单色仪的光谱性能造成极大的影响。本文基于光线追迹理论,模拟分析了曲率半径误差对Seya-Namioka光栅的具体影响。分析结果表明,出入臂长度对曲率半径误差有很好的补偿作用,通过调整出入臂长度曲率半径误差的容许范围可增大到2 mm左右。总调整量不变的情况下,任意改变出入臂的长度,补偿效果相似。随着误差的增加需要调整的出入臂长度值变大,过大的误差使用出入臂长度无法进行补偿;出入臂夹角仅能对正向曲率半径误差进行补偿,且补偿所需调整角过大,影响单色仪的结构设计,该方法并不实用。结果可为单色仪的设计和使用提供理论参考。     

五角棱镜光学平行差的理论分析

利用矩阵光学方法,计算得出五角棱镜两种光学平行差的解析表达式,分析五角棱镜光学平行差与工作面法向矢量夹角的矩阵关系.基于Agilent激光干涉仪角度测量系统和DHC三维转台搭建实验装置,测量了Thorlabs五角棱镜的两种光学平行差.实验和解析式计算结果偏离度不超过4%.五角棱镜滚动角、偏摆角的变化等效于五角棱镜光学平行差的变化.通过坐标系变换,五角棱镜的自身误差和系统在线测量误差可以被同时标定.该研究对五角棱镜的实际加工、测量系统标定,以及高准确度面形检测提供了参考.     

ICF诊断设备搭载平台结构设计与误差分析

设计了一个用于惯性约束核聚变诊断设备定位与对准的搭载平台。该平台采用三自由度混联机构,具有进行两转动一平动的姿态调节能力。给出了平台输出件末端位置的反解及正解的封闭解形式。在此基础上,利用矩阵法结合从运动学方程得到的结论,推导出驱动杆杆长误差、球铰虎克铰间隙误差和球销副间隙定位误差与搭载平台终端位姿误差的映射关系。利用蒙特卡罗方法模拟分析了各几何误差源对搭载平台终端定位能力的影响。球销副的绝对误差较大并处于动平台的支撑点,所以它对搭载平台终端定位精度的影响较大。在不同姿态角相同误差输入条件下,对搭载平台终端误差输出进行了仿真,结果表明:俯仰角变化对输出误差的影响比偏航角变化的影响要大1~2倍。     

ICF诊断设备搭载平台结构设计与误差分析

设计了一个用于惯性约束核聚变诊断设备定位与对准的搭载平台。该平台采用三自由度混联机构,具有进行两转动一平动的姿态调节能力。给出了平台输出件末端位置的反解及正解的封闭解形式。在此基础上,利用矩阵法结合从运动学方程得到的结论,推导出驱动杆杆长误差、球铰虎克铰间隙误差和球销副间隙定位误差与搭载平台终端位姿误差的映射关系。利用蒙特卡罗方法模拟分析了各几何误差源对搭载平台终端定位能力的影响。球销副的绝对误差较大并处于动平台的支撑点,所以它对搭载平台终端定位精度的影响较大。在不同姿态角相同误差输入条件下,对搭载平台终端误差输出进行了仿真,结果表明：俯仰角变化对输出误差的影响比偏航角变化的影响要大1～2倍。     

激光透射成像法测量石英管的外径与壁厚

为了同时同位测量石英管的外径和壁厚,建立了激光透射成像系统,对系统测量原理进行研究。基于几何光学和菲涅尔公式,分别导出平行光垂直照射石英管后的透射光线偏向角、相对光强与入射光线离轴距离之间的关系;通过数值计算,分析了偏向角、相对透射光强随入射光线离轴距离的变化特点;针对物方远心光路,分析了光阑对偏向角和相对光强的限制;基于CCD成像原理,通过引入标定系数和补偿因子,导出石英管外径与壁厚的计算公式。实验结果表明:外径绝对误差和相对误差的平均值分别为0.119mm和0.91%,壁厚绝对误差和相对误差的平均值分别为0.153mm和6%。     

大尺寸平面激光扫描补偿系统误差分析

扫描补偿系统是3DLIF水体测量系统中实现大尺寸平面激光等光程扫描的关键部分,决定了平面激光光束在流体水槽中的定位精度;系统3 000 mm长的光程和500 mm宽的光源使定位精度难以保证。针对该问题,分析了扫描补偿系统中可能存在的误差因素和各项因素之间的影响关系,建立了相关误差模型并进行仿真分析,对得到的误差数据进行了多项式拟合,拟合结果显示,棱镜制造角差和平面反射镜绕z轴的俯仰为影响位置误差的主要因素;为了减小误差,进一步分析拟合结果,得到了两项因素之间的关系表达式,提出了以仿真结果指导装调来减小误差的方法。最终仿真结果显示,通过该方法使平面激光在水槽中的位置误差可以从0.618 mm减小到0.103 mm。     

光纤Bragg光栅倾角传感器的标定与不确定度分析

实现光纤Bragg光栅倾角传感器的静态的测试和性能分析。设计了一种量程为5°的倾角传感器标定装置,对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长差和标定装置产生的倾角值进行最小二乘法拟合,求出静态标定系数,并对倾角传感器标定装置的不同不确定度分量进行分析以求出合成不确定度。实验结果表明,光纤传感器的灵敏度为0.17343nm/(°),线性度为99.993%,重复性误差为0.0552%,标定装置的合成不确定度为8.606×10-2°。     

利用傅里叶分析法测量光相位延迟器延迟量

为了精确测量光相位器的延迟量,提出了一种新的测量方法,并利用米勒矩阵理论分析了影响测量结果的因素。测量系统主要由起偏棱镜、标准四分之一波片、检偏棱镜、锁相放大器和微处理器构成。该方法利用最小二乘算法得到了最优傅里叶系数,利用锁相放大器的窄带滤波作用提高了信噪比,利用反馈环控制系统对步进电机的步进角进行了控制。误差分析表明这一方法的绝对误差小于0.29°,对四分之一石英波片相位延迟量进行了实验测试,结果表明其重复测量误差小于0.40°。     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计

为了实现校准能见度仪中标准散射体的快速准确定标,建立了用于校准能见度仪的标准散射体的定标系统.研究了定标系统中全景成像折反光学系统的设计方法.根据抛物面反射镜的光学特性推导出抛物面面型的计算方法.根据定标系统对光学系统的要求,完成全景成像色度计光学系统的设计.对全景成像折反光学系统进行建模仿真并设计实验验证光学系统的设计与仿真结果的正确性.实验结果表明:全景成像折反光学系统的空间检测俯仰角范围为0°~90°,方位角范围为0°~360°,且最小角分辨率为1°,与仿真结果基本一致,满足用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计要求.     

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。     

一种机器人手眼关系混合标定方法

针对机器人手眼关系的求解问题,在现有研究方法基础上,将传统方法高精度的优点和主动视觉方法的简单易实现性相结合,提出了一种新的混合求解方法;只需机器人进行两次正交平移运动及分别对标定板成像一次,即可标定手眼旋转矩阵R,再指导机器人移动到标定板原点,即可求解手眼平移矩阵T。以自主研发的平方六轴串联机器人为实验对象,应用所提出方法求解出手眼关系,并用传统方法对所求结果进行分析,证明该方法误差在1 mm以内,不需要求解复杂的传统方程,且准确度高、易实现。     

相机自热引起像点漂移的实验分析与温度补偿模型研究

为减小摄影测量中温度对测量精度的影响,基于物理实验,对相机自热引起的像点漂移影响机理进行研究,提出一种针对相机自热致像点漂移补偿方法.通过摄像测量技术对不动标志点进行长期连续监测,发现测量系统温度变化确实会引起像点漂移测量误差,其中水平漂移测量误差可达1.11Pixel,竖向漂移测量误差可达2.22Pixel.基于试验...