基于广义正交迭代算法的立体视觉定位

提出了一种新的基于广义正交迭代算法的立体视觉定位.该算法通过提取CenSurE局部特征和相应的U-SURF描述符,采用SAD方法进行子像素立体匹配,并利用U-SURF描述符匹配进行前后帧图像特征跟踪.在RANSAC框架下对匹配点进行3D-3D运动估计获得了运动参量的初始值.由于3D-3D运动估计使3D点集间欧式距离误差最小,而3D特征点坐标受噪音影响很大,因此运动估计误差也较大.本文把广义正交迭代算法应用到立体视觉定位方法中,得到使立体相机目标空间共线性误差最小的运动估计参量,由于共线性误差比3D-3D运动估计算法中的共点误差受噪音影响更小,从而大大较少了运动估计误差.仿真实验和户外真实实验表明：本文算法获得了较高的计算准确度、鲁棒性和实时性,优于传统方法.     

多摄像机系统位姿估计的广义正交迭代算法

目前,多摄像机系统的位姿估计还缺乏系统的方法,它通常通过求解透视n点问题或者求解使两组3D点集之间平方和误差最小的刚体变换来解决,这些方法都有局限性.正交迭代算法是基于点特征的单目视觉算法,快速且全局收敛,是目前性能最优的实时位姿估计算法之一,被广泛应用.提出了一种广义正交迭代算法把所有摄像机获取的全部图像作为整体计算得到相对位姿参数,是通用的多目视觉位姿估计算法.算法先把所有摄像机数据进行统一表达,再把所有摄像机观测到的全部特征点的目标空间共线性误差平方和作为误差函数,最后经数学推导得到使该误差函数最小化的迭代求解过程.实验结果验证了算法的有效性以及在多摄像机系统位姿估计中的优越性.     

基于点和直线段对应的扩展正交迭代位姿估计算法

正交迭代算法是基于点特征,全局且快速收敛的位姿估计算法,是目前性能最优的实时位姿估计算法之一.对摄像机观测到的直线段提出了其不确定性描述的新方法:目标空间直线段误差,并把该误差融入到正交迭代算法的位姿计算过程中,形成扩展正交迭代算法.该算法可以同时利用点和直线段特征.算法先把点共面性方程表达为与正交迭代算法中点共线性方程一致的数学形式,再根据目标空间点共面性误差定义了目标空间直线段共面性误差.接着把目标空间点共线性误差和直线段共面性误差二者之和作为误差函数.最后推导出使该函数最小化的迭代求解过程.实验结果表明,本文算法是有效的,精确的.与正交迭代算法的计算结果对比,由于可以同时利用直线段特征,扩展正交迭代算法的位姿估计误差更低,抗噪声性能更强,算法更稳定.     

基于双核DSP的点目标立体视觉定位

介绍了立体视觉系统对点目标的四种定位算法:齐次方法,直接解正规方程的非齐次方法,利用广义逆求解的非齐次方法,解析几何方法。提出了基于双核DSP的并行交互运行流程以实现对目标的2D位置校正和3D定位,通过实验分析了以上四种定位算法的实时性和精度。实验结果表明,采用直接求解正规方程的非齐次方法处理一帧含有4个点目标的图像所带来的延迟仅为9.21ms,定位精度为0.15mm RMS,系统的运行速度和精度可以得到兼顾。     

相机位姿估计的加速正交迭代算法

面对需要实时计算的相机位姿估计问题,针对经典的广泛应用的正交迭代算法,提出了一种加速正交迭代算法。其关键思想是将每一次迭代过程规整化,从而提炼出每一次迭代的重复计算,若将此重复计算在迭代开始前提前计算,则可以大幅度的减少迭代过程中的计算量,使得每一次迭代的计算复杂度从O(n)降低为O(1)。因此,可以在更短的时间内迭代更多的次数,从而获得更高的精度。进行了对比实验,结果显示本加速算法计算精度更高,速度更快。并通过实验提出了选择稳健n点透视(RPn P)计算初值,再使用加速正交迭代算法进行迭代运算的方法,在控制点不多的情况下,是一种精度接近最大似然估计,计算速度最快的算法。     

基于点线对应的多摄像机全局位姿估计迭代算法

为了解决工业视觉场景中点和直线段共存情况下的多摄像机位姿估计问题,提出了基于点线特征对应的多摄像机全局位姿估计算法.以正交迭代算法为基础,使用多个固定在平台上的已标定摄像机间的几何约束,以全局方式处理多摄像机的重叠和非重叠视图的点和直线段特征,获得更加稳定精确的位姿估计.该算法先把所有摄像机数据进行统一表达,再把摄像机观测到的全部点特征的目标空间共线性误差和直线段特征的目标空间共面性误差之和作为误差函数,最后经数学推导得到使该误差函数最小化的迭代求解过程.实验结果验证了该算法的有效性以及优越性.     

融合可见光通信与双目立体视觉的地铁列车自主定位

为提高隧道环境下列车的定位精度,提出了一种基于可见光通信与双目立体视觉的列车自主定位方法。首先,列车根据安装在隧道壁上发光二极管（LED）光源的光信号实时接收LED光源对应的唯一标识符（UID）。然后,运用灰度重心法和最小二乘法,列车获取LED光源图像中光斑中心的像素坐标。接着,利用双目立体视觉原理,得到列车初始定位结果。最后,采用维纳滤波器和惯性测量单元（IMU）补偿列车运行引起的定位误差,得到列车实时定位结果。结合成都地铁1号线的线路数据和设备信息来验证列车自主定位方法的可行性和有效性,研究结果表明：该方法最大静态定位误差为29.93 cm;当列车在不同速度下运行时,最大定位误差为36.11 cm,满足列车控制系统的定位要求。     

基于点线对应的多摄像机全局位姿估计迭代算法

为了解决工业视觉场景中点和直线段共存情况下的多摄像机位姿估计问题,提出了基于点线特征对应的多摄像机全局位姿估计算法.以正交迭代算法为基础,使用多个固定在平台上的已标定摄像机间的几何约束,以全局方式处理多摄像机的重叠和非重叠视图的点和直线段特征,获得更加稳定精确的位姿估计.该算法先把所有摄像机数据进行统一表达,再把摄像机观测到的全部点特征的目标空间共线性误差和直线段特征的目标空间共面性误差之和作为误差函数,最后经数学推导得到使该误差函数最小化的迭代求解过程.实验结果验证了该算法的有效性以及优越性.     

单目相机位姿估计的稳健正交迭代方法

单目位姿估计是计算机视觉中一个基础而重要的问题,在机器人定位、虚拟现实、图像精密测量等领域应用广泛。在实际应用中,参考点坐标不可避免地含有粗差点,导致估计结果偏离真值,为此,提出自适应加权的稳健正交迭代算法。该算法采用稳健估计方法自动识别粗差点,并赋予其较小权值,以提高算法的稳健性。实验结果表明,稳健正交迭代算法求解精度高、稳健性好,可有效抑制不同个数、不同水平的粗差影响。当20个观测点中存在8个水平为60 pixel的粗差点时,本文解算精度分别比经典正交迭代算法和加权正交迭代算法高2个和1个数量级。     

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.     

基于立体舒适度的立体图像感知距离估计

提出了一种基于立体舒适度的双目图像感知距离估计方法.首先,推导双目立体图像的立体深度;然后进行主观实验获取实际人眼感知到的深度,分析其与立体深度间的差异;最后,将立体舒适度作为生理因素,建立感知距离、立体深度与视觉舒适度之间的关联关系,并得出感知距离的计算模型.在IVY公共数据集上进行实验验证,结果表明:当视觉舒适度值较高时,模型预测值的平均绝对值误差与均方根误差较主观评测值分别减少了0.0049、0.0073;而当视觉舒适度值较低时,平均绝对值误差与均方根误差分别减少了0.0721、0.0594.本模型结果更接近人类主观感知到的深度.     

基于多模差分融合的高速车辆定位算法

针对车辆高速运动下定位延时大、精度低、稳定性差的问题,发挥GPS、RSSI和INS三种定位模式的各自优势,将GPS差分校准算法与RSSI测距相结合求解横坐标,将RSSI测距与INS惯导迭代算法相结合求解纵坐标,提出了一种适合高速运动车辆的多模差分融合精确定位算法。以四车道的高速路为场景进行了仿真实验,当车速为70km/h时,跟踪误差<1m,定位延时<0.2s。实验结果表明,该算法可实现车身级和车道级定位,在精确交通诱导、车辆防撞等智能交通领域具有应用前景和推广价值。     

基于互相关算法的飞机导线故障诊断与定位系统设计

以飞机导线短路故障和断路故障为研究对象,目的在于寻求一种测试方法能够提高应用时域反射测量原理进行故障诊断与定位的精度。按照实际机场工程应用背景,设计了以便携式工控机为控制核心、以LabVIEW为驱动软件的飞机导线故障诊断与定位系统。根据信号传播特性,提出了基于互相关算法的故障定位方法,消除了系统误差的影响。计算机仿真和实物测试结果表明该系统具有测试过程方便、准确性高的优点,为提高民航机务维修质量具有促进作用。     

一种新的基于子线段的立体匹配算法

立体匹配是计算机视觉领域中最活跃的研究主题之一。为了精确并更快速的进行同名点匹配,提出了一种基于小波变换的子线段匹配方法。该方法利用样条二进小波变换系数在不同尺度下的模极大点,能提供在不同尺度下信号急速变化点的位置信息,采用由粗到细的匹配策略匹配这些特征点,并由这些特征点两两相邻的点构建子线段。采用加速方法,快速匹配子线段两端点之间的点。这种方法较好地解决了匹配精度和匹配速度之间的平衡问题。采用该方法对篦冷机内水泥熟料高度进行测量,实验表明,该方法能较精确地得出水泥熟料料层的分布状况。     

本构迭代算法在LS-DYNA中的嵌入

结合粘塑性本构理论,采用对商业软件LS-DYNA进行二次开发的方法将含损伤型Johnson-Cook本构模型嵌入商业有限元软件中,给出本构迭代算法和计算流程.并以平头和锥头两种弹形的高强度钢穿甲弹贯穿12 mm厚的Weldox靶板的实验为基础,进行数值模拟,实验结果和计算结果符合较好,表明给出的本构算法、含损伤型本构及损伤演化方程是合理可靠的.     

狭缝光栅自由立体显示器立体可视区域的研究

提出了反映观察区域某一点是否是合适的立体观察点立体图像质量因子的概念.根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理并应用几何光学知识,分析得出了立体图像质量因子的计算公式,并给出了立体显示器的立体图像质量因子的计算结果.通过定义立体图像质量因子的阈值,得到狭缝光栅自由立体显示器的立体可视区域.