基于空间矢量约束的煤矿掘进机组合测量方法

为了解决煤矿掘进机位姿测量的问题, 将一组反向同轴安装的工业相机和捷联惯性导航系统组装成测偏单元, 并结合视觉测量和惯性导航技术提出了一种基于空间矢量约束的实时位姿组合测量方法。该方法通过测偏单元测得激光指向仪光源光斑的空间矢量、掌子面光斑的空间矢量和掘进机的姿态信息, 建立空间矢量约束方程以及坐标系转换得到掘进机位置信息, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 通过该方法能得到掘进机实时位姿的六自由度信息。该方法可用于煤矿掘进机的位姿测量, 具有广阔的应用和发展前景。     

正交视觉与倾角仪组合空间位姿测量方法研究

为了解决跨尺度微小型零件在精密装配中宏尺度与微特征的测量分辨问题，提出了一种基于正交双目视觉与倾角仪组合的空间位姿高精测量系统。该系统建立了成像单元、倾角仪辅助测量单元、零部件夹持单元之间的坐标转换关系，并结合倾角仪提供的角度信息，提出了针对微小型零件的空间位姿高精测量解析算法。同时，以光纤阵列及连接头为研究对象，搭建了两零件的空间位姿实时测量及自动化装配测试平台。结果表明，在3mm×2mm×2mm的空间范围内，组合测量系统测得的位置与姿态偏差分别小于(±2μm, ±2μm, ±3μm)和(±0.005°, ±0.004°, ±0.005°)。相对于传统的测量方法，该组合测量系统显著提高了微器件的测量精度，可进一步满足微小型零件的空间位姿精密测量及自动化装配需求。     

一种基于直线特征的单目视觉位姿测量方法

提出了一种基于直线特征的单目视觉位姿测量方法SoftNewton。构造了新颖的目标直线与图像直线匹配评价函数,避免检测图像中直线的端点,最终通过软决策技术确定直线特征匹配关系,并采用高斯牛顿迭代算法基于全透视成像模型解算目标位姿。和POSIT算法相比,高斯牛顿迭代算法保持了旋转矩阵的正交性,提高位姿解算精度。仿真图像实验中,在干扰直线和噪声存在的情况下算法经过29次迭代解算得到正确的直线特征匹配矩阵,姿态误差小于0.2°,位移误差小于0.5 mm。仿真图像和实际图像实验结果均表明SoftNew-ton具有较高解算精度和较强的鲁棒性。     

基于单目视觉的焊接螺柱位姿参数测量技术研究

焊接螺柱在汽车制造领域有着广泛的应用,其焊 接 后的位姿(位置和姿态)是否符合设计要求决定着 后续部件的装配效率及整车质量。为了实现在线测量焊接螺柱的位姿参数,研究了一种 基于单目视觉 的焊接螺柱位姿测量方法,首先通过摄像机获取焊接螺柱图像,然后通过边缘检测、特征提 取等技术提取 焊接螺柱特征信息,最后通过计算模型实现焊接螺柱的位置偏移量及倾斜角度偏移量的测量 。通过实验对 测量模型与方法进行了验证,结果验证了方法的准确性和有效性,位置精度和角度精 度分别为± 0.15mm和±15′,可以很好地满足汽车等制造工业领域在线、柔性、快速和高精度的焊接螺柱位姿参数的测量需要。     

基于单目的手持式视觉测量方法研究

提出一种基于单目视觉和惯性传感器的视觉测量方法,当手持移动摄像头时,利用惯性传感器获取摄像头轨迹,再根据多视角测量原理,测量被测物体的大小、位置等信息;利用图像特征点的移动信息抑制加速度传感器的累积误差。实验证明测量结果误差在2%以内,且该方法不需要任何摄像机外参数的先验知识及定标参照物,可满足实际测量需求。     

位姿视觉测量方法及应用综述

位置和姿态参数是表征目标空间朝向和位置的基本几何量参数,比如飞行器的飞行位姿、高端装备大部件的对接位姿、自由运动中的人体位姿等。因此,位姿参数的准确快速测量一直是航空航天、国防军事、工业生产、体育竞技等诸多领域的重要研究内容,并发展出惯导、卫星、雷达、星敏感器和视觉测量等多种不同测量技术途径。本文重点针对位姿视觉测量方法及其应用进行了综述,主要内容包括位姿视觉测量基本原理、位姿视觉测量典型方法、多源数据融合的位姿视觉测量方法和位姿视觉测量典型应用领域。     

基于点特征的单目视觉位姿测量算法

针对位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题,提出一种基于点特征的单目视觉位姿测量算法。首先,根据共面4个特征点之间的位置关系,分别对平行和相交两种情况进行分析;其次,根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系,推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量,进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿;最后,用LM算法对初始位姿进行优化,得到最终位姿。实验结果表明:文中算法的合成误差为0.54 mm;现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法的合成误差分别为1.28、1.52和4.26 mm;文中算法的合成误差分别减小了57.8%、64.4%和87.3%,优于现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法。     

基于单目视觉和固定靶标的位姿测量系统

利用计算机视觉进行位姿测量的方法广泛应用于机器人系统、运动体控制系统和精密检测系统。研究和设计了一种基于固定靶标的单目视觉定位系统和方法,用最少硬件资源实现精密定位。首先,利用图像匹配的方法检测出平面靶标在图像中的坐标,图像匹配采用SIFT算法和映射匹配方法,之后利用固定靶标的特性求取中心点。实验利用多幅图像样本验证了图像匹配的准确性和鲁棒性。然后,针对呈矩形分布的PnP问题,提出了一种新的求解方法,以靶标控制点的图像坐标和空间坐标作为输入,得到了移动物体与摄像机的三维相对位姿。实验利用五维精密位移台移动目标物体并拍摄多副图像,结果表明位姿测量系统在800 mm范围内达到mm级精度,可以满足应用需求。     

基于单摄像机的物体位置和姿态变形测量研究

结合大型结构变形测量的折线摄像测量方法,针对单摄像机测量物体位置和姿态变形的方法进行了研究,重点介绍了基于物空间共线方程的正交迭代算法,提出了目标函数奇异值分解(SVD)求解算法中出现错误的根源,并基于VC++开发平台实现了健壮性和实用性更好的四元数求解算法,最后对单摄像机位置姿态变形测量的精度进行了数值仿真和实测实验的验证。实验表明,当测量距离为3 m、视场大小为0.8 m×0.6 m时,分辨率为1 600×1 200 pixel的单摄像机测量姿态角变形的精度可以达到20"。     

捷联惯性系统的误差及其特性分析

从捷联惯性系统的误差源出发,根据系统的误差方程,通过理论分析和仿真,阐述了各惯性传感器误差和初始误差对系统的影响,并在几种动态环境下对系统的误差特性进行了仿真。结果表明：与静态误差特性相比,系统的误差特性发生了较大的变化。     

采用高速FIFO和双CPU的光纤陀螺捷联系统

在光纤陀螺构成的捷联惯导数据采集系统中,采用了双CPU结构的工作模式,用高速FIFO作为数据交换桥梁.采用FPGA DSP构建系统,DSP用于捷联算法解算,FPGA用于DSP与各类传感器之间的接口,并用软FIFO成功解决了系统中断不够用的问题.最后对光纤陀螺进行了专项测漂与标定,验证了该系统的数据采集和传输的正确性和可靠性.     

基于惯性传感器和改进Criminis算法的距离估计

针对距离估计问题,提出了一种新颖的利用惯性传感器和单目摄像机的距离估计系统,该系统通过结合惯性导航算法和图像处理算法来实现距离估计。首先通过移动单目摄像机,得到一个目标的两幅图像,并利用改进后的Criminis算法提取两个图像间的特征值,再利用惯性导航算法对摄像机的运动进行估计运算,计算出摄像机移动的基线估计,最后通过最小二乘法得到估计距离。同时为了减少误差,在摄像机移动的过程中利用了零速度更新。通过实际环境实验,我们对该算法的准确度进行了评估,在几米范围内,它的平均距离误差是3.9%。     

发射平台导航误差对反舰导弹捷联惯导系统影响分析

建立动基座条件下反舰导弹捷联惯导系统误差传播方程,分析发射平台导航参数误差对导弹惯导定位误差的影响,得出了相关的结论。研究结果可以为武器试验鉴定工作提供支撑。     

基于Sage-husa自适应滤波算法的AUV组合导航系统设计

文中针对水下自主航行器提出了一种新型的基于捷联惯导(SINS)和GPS的组合导航系统设计方案。该方案以捷联惯导作为主系统,同时利用GPS重调捷联惯导系统,建立了该组合导航系统的卡尔曼滤波模型,设计了输出校正间接法的卡尔曼滤波算法和Sage-husa自适应卡尔曼滤波算法。仿真结果表明由于GPS位置和速度信息的引入,一定程度上克服了捷联惯导系统误差状态发散现象,提高了导航精度。同时通过两种算法的对比,Sage-husa自适应卡尔曼滤波算法则具有更高的滤波精度和稳定性,能够更好的满足长时间远距离导航的要求。     

基于MPF的惯性导航系统快速对准技术

针对目前应用于惯性导航系统初始对准中的扩展卡尔曼滤波存在对准精度低、时间长的缺点,提出一种基于模型预测滤波的快速对准技术。该方法将惯性器件测量误差视为模型误差使用MPF进行实时预测,并以此来修正惯性导航系统的平台误差角。这样,MPF不仅有效提高了平台误差角的估计精度,而且降低了系统状态变量的维数,大大缩短了初始对准时间。仿真结果表明,MPF在平台对准精度和快速性方面均明显优于EKF,初时对准时间仅是EKF的10%,而对准精度却高于EKF。     

基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计

为了缩短热物理激光光斑位置的测量周期,提高热物理激光光斑位置的测量水平,提出了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计.利用计算机视觉技术计算热物理激光光斑的初始位置,根据热物理激光光斑位置特征的提取流程,完成了热物理激光光斑位置特征的提取;利用热物理激光光斑质心位置与解算值的关系式,得到了热物理激光光斑的估...     

VC33+FPGA光纤陀螺捷联惯导系统

以TI公司的32bit浮点DSP芯片TMS320VC33为核心处理芯片,其性价比高,特别适合于类似捷联系统解算量大,实时性要求高,以及计算精度要求高的场合.FPGA结构灵活,接口丰富,适合模块化设计,易于维护和扩展,因此采用DSP FPGA构建系统.由Altera公司Cyclone系列的EP1C6T144接收FOG的串行数据,转换成32bit数据格式,并控制石英加速度计多通道的A/D转换,将惯性器件进行一次捷联解算所需要的数据组合起来存储于FPGA内部的FIFO中,并向TMS320VC33发起中断,扩展了一路RS422串口,与远程计算机通讯.DSP响应中断,从FPGA中读取陀螺、加速度计的数字信号,并用四元数法解算载体的姿态.