非平行双目视觉系统水下标定与测量

针对用非平行双目视觉系统进行水下拍摄测量时,由于折射所导致的测量误差较大、精度不高的问题,建立了基于折射光路的水下双目视觉系统测量模型,并以Agrawal方法为基础,在已知两摄像机相对位置关系的前提下,对该测量模型参数标定的方法进行了改进。为验证改进的Agrawal方法的可靠性,与Agrawal方法进行水下标定对比实验。结果表明,相较于Agrawal标定算法得到的防水罩法向量这一模型参数,提出的改进算法的结果与真实值更为接近。在此基础上,应用标定后的水下双目视觉系统测量模型对水下靶标标定点间的标准距离进行测量,测量误差平均值为-0.0134 mm,最大误差为0.2073 mm,与空气中双目视觉系统测量精度相当。     

基于非平行系统的水下图像转化模型

针对水下三维重建成像时图像失真的问题,提出一种基于非平行双目视觉系统的转化条件和转化模型,将摄像机透过平面防水罩拍摄的水下图像转化为摄像机与目标间无水存在的一般空气图像.当摄像机焦点在水与空气分界面处时,水下图像和空气图像像素间存在一一对应关系,当摄像机焦点位于水面外时,该模型在物距远大于焦距及焦点沿z轴方向与折射面距离的情况下仍成立.实验利用特征点三维坐标重建验证模型的正确性,结果显示,利用本文方法重建的三维坐标和实际三维坐标相比,x、y、z轴方向的重建误差平均值分别为2.23%,1.51%,1.10%,表明该模型转化后的图像可采用空气中的图像处理方法,为空气中的三维重建方法应用于水下的探索提供理论依据.     

基于优化的鱼眼镜头成像模型的空间点定位

针对应用高阶奇次多项式法和光学折射模型定位误差大、局限性强的问题,提出一种优化的鱼眼镜头成像定位算法。根据镜头的偏心畸变推导出新的畸变模型,进而在此畸变和光学折射模型的基础上建立优化的成像模型,并标定模型参数;对该成像模型进行反投影推导,得到三维点坐标,实现空间目标的精确定位。实验结果表明,当被测物分别处于鱼眼图像中心区域和边缘区域时,该算法的相对定位误差远远小于高阶奇次多项式法和光学折射模型的方法,减小了图像畸变对测量精度的影响,解决了使用光学折射模型定位局限性强的问题。     

水下双目立体测量系统的建模与误差分析

提出了一种新的基于双目视觉的水下成像模型。在摄像机理想针孔成像模型的基础上,考虑平面防水罩厚度对光线经水、防水罩、空气发生两次折射的影响,建立了摄像机在水下环境中物体的三维重建模型。针对此模型,分析了双目测量系统结构参数以及被测物点位置对测量精度的影响,对进一步优化系统结构设计和提升系统测量精度具有一定的实际指导意义。     

非平行双目视觉系统水下成像的极线约束模型

针对水下非平行双目成像系统图像匹配时无法进行平行校正,并且不再满足空气中的极线约束条件这一问题,推导出一种适用于水下的极线约束模型。根据摄像机和防水罩间相对位置关系的不同,把水下双目成像方式分为平行成像、共用折射面成像和独立折射面成像三种情况,并推导了后两种情况的极线约束模型。对摄像机进行标定,利用尺度不变特征变换(SIFT)进行立体匹配,推导了参考图上特征点在待匹配图上所对应的曲线,根据待匹配图上特征点是否在曲线上,剔除误匹配点,提高匹配精度。实验结果表明,利用所推导出的水下曲线约束模型,可以有效地剔除误匹配点,降低误匹配率。     

基于矩形的摄像机自标定几何方法

基于矩形两组对边的消隐点特性和隐含的长宽比信息,提出了一种新的摄像机自标定几何方法。该方法仅依据同一个矩形的两次或三次成像,即可在摄像机传感器特性已知或未知时标定摄像机内参数并辨识矩形长宽比。利用空间中有限距离点与同一无穷远点的连线相互平行和完全四边形的调和分割特性,以及被多次成像的矩形长宽比相同的特点,建立了摄像机内参数约束方程。通过建立与直线段成像相关的代价函数,提出了畸变参数寻优与线性内参数标定相迭代的畸变校正方法,可获得与摄像机无畸变情况下相当的自标定精度。在确定矩形任意两个顶点坐标的情况下,即可求解摄像机所有外参数。仿真实验表明,该标定算法收敛快速,对图像噪声不敏感。实际图像实验表明,与传统平面靶标法相比,该方法不但减少了预知条件,而且提高了标定精度和效率。     

大尺寸视觉测量系统在线标定的新方法

提出了一种新的基于视场边缘距离相对约束条件的摄像机标定方法,并用于大尺寸测量中摄像机的标定,该方法在标定摄像机内外方位参数的同时也完成了成像畸变的校正,将标定结果用于测量,在4×4×1m3的测量视场内,其相对精度达到1/2000,与传统标定方法相比,该标定方法灵活性高,更加适用于测量视场较大的情况。     

基于DLT模型的摄像机标定简化方法

在忽略摄像机镜头畸变误差的情况下,通过建立像坐标系与物坐标系,利用DLT模型,结合最优化算法的标定方法和两步法,由于在物坐标系中平面物体的任意一点在Z轴上的分量为0,减少变量数至5个,从而推导出一种简化的摄像机标定方法.借助实例,在文中建立的2个命题的基础上,通过对圆的切线、切线交点及所成像的几何关系确定的的坐标进行参数求解,得到确定模型的二维像和三维像.此外,考虑到更为一般的情况,引入畸变误差(径向误差),对模型先忽略误差项,得到初始参数值,然后利用迭代方法求解.     

机载摄像机快速标定技术研究

针对飞行试验机载摄像机的标定,提出了一种基于光束法平差的高精度像机标定方法。首先,通过在测试目标周围放置带有编码标志点的标定板,拍摄其多种状态,经图像处理,获取标志点的编码以及中心坐标。然后通过相对定向、绝对定向、三维重建、捆绑调整,以及加入标志点之间的距离约束,得到数字摄像机内外方位元素和镜头畸变差参数,实现机载摄像机快速标定。实验结果表明：该标定方法不需要做高精度的现场控制点,重投影误差小于1cm,标定精度满足飞行试验测试要求。     

基于共线向量的非量测镜头畸变校正

针对传统摄像机标定算法中摄像机内外参数与镜头畸变之间存在耦合,提出了一种将镜头畸变从摄像机参数中分离出来单独求解的算法。算法基于"三维空间中的直线经过遵循透视模型的相机投影,在相机平面上仍是直线"这一基本属性。对于无畸变图像,直线上任意两特征点构成的共线向量外积应为零向量。利用非线性优化方法求解畸变参数,讨论了畸变中心与畸变系数之间的耦合性。设计了一种畸变校正效果评估方法,证明了结果的正确性。完成畸变校正后,摄像机的内外参数可线性求解。实验表明,该方法仅需一张图片即可完成所有摄像机参数的求解,提高了标定效率,且稳定度高,精度与传统标定方法相当。     

面向大视场视觉测量的摄像机标定技术

提出了一种面向大视场高精度视觉测量的摄像机标定新方法,该方法采用亮度自适应的单个红外发光二极管(IR-LED)作为目标靶点,将该靶点固定在三坐标测量机的测头上,并依次精确移动至预先设定的空间位置,每次靶点到达设定的空间位置时,摄像机对靶点进行图像采集。利用三坐标测量机的精确位移,在三维空间构成一个虚拟立体靶标。针对虚拟立体靶标在大视场摄像机标定中只能覆盖一小部分标定空间的问题,通过自由移动摄像机在多个方位对虚拟立体靶标进行拍摄,使得多个虚拟立体靶标分布于整个标定空间。摄像机在每个方位对虚拟立体靶标的拍摄都标定出一组摄像机的内、外参数,然后以摄像机内参数和摄像机在各个方位下拍摄的虚拟立体靶标在摄像机坐标系下的位置及姿态参数为优化变量,建立以所有三维靶点位置重投影误差平方和为最小的目标函数,采用非线性优化方法求解摄像机标定参数的最优解。该方法较好地解决了大视场视觉测量中大尺寸靶标加工困难、摄像机标定精度难以保证的问题。仿真和实际标定实验均证明此方法可以有效提高大视场摄像机的标定精度。     

Change of Color Appearance in Photopic,Mesopic and Scotopic Vision

Mesopic vision describes a range of light levels where vision is mediated by both cones and rods. The appearance of color in mesopic vision differs drastically from that in photopic vision, where only cones mediate visual information. We used a haploscopic color matching technique to investigate the color appearance under various illuminance levels, ranging from photopic to scotopic via mesopic levels. The observers did color matching between a test color chip under various illuminance levels and a matching color stimulus presented on the Cathode-Ray Tube (CRT) display under the photopic illuminance condition. The results showed that not only chroma and lightness but hue of most color chips changed with illuminance. The manner of the hue changed depended on the color of the test chip, while matching points approached a neutral gray with decrease in illuminance level for all test chips. Chroma reduced continuously with decrease of the illuminance level until 0.1 lx for reddish and yellowish color chips or until 1 lx for greenish and bluish ones. Beyond those illuminance levels, chroma was approximately constant. Lightness decreased with decreasing illuminance level for all test chips except bluish color chips, for which lightness did not decrease much in general and even increased in some cases as predicted by the Purkinje shift. The experimental results obtained in the present study provide critical features that should be considered in predicting the appearance of color at low light levels.     

机载微光夜视仪的研究

分析国外微光夜视你的研究现状和影响生光夜视仪性能的主要因素,论述机载微光夜视仪的基本结构形式,确定机载微光夜视仪的基本参数,并对机载微光夜仪的进一步研究作了初步分析。     

一种单双目视觉系统结合的三维测量方法

在投影栅相位法的单日和双目三维测量结构的基础上,提出了一种单双目结合的三维测量方法.采用双目测量系统的架构,对两相机的公共区域使用双目的方法进行复现,同时分别将两个相机与投影仪组成两个单目测量系统,通过标定的统一可以将两者的世界坐标系统一到一个共同的基准上,利用单目的测量结果对双目测量的哪缺失区域进行填补.在对石膏头像的测量中,利用该方法避免了双目测量中在鼻梁附近出现的数据丢失.在保证双目复现区域精度的基础上,该方法有效地改进了测量结果的完整性.     

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.     

基于计算机视觉的非朗伯表面三维重构

基于计算机视觉的三维重构方法已经广泛应用在各行各业中。目前的三维重构研究主要针对不透明的朗伯表面,且已经比较成熟,但对非朗伯表面仍然面临诸多问题。而实际场景中的物体表面大多是非朗伯表面,因而,随着实际应用的推广,非朗伯表面的三维重构问题在计算机视觉领域越来越受到关注。虽然本现状研究不能完全涵盖针对非朗伯表面三维重构的所有方法,但它包涵了三维重构每个步骤中的各种典型方法。文中按照图像获取过程中的照明方式和重构原理对现有方法进行了分类,并逐类进行了介绍。由于不存在公共测试网络平台和带有标准视差的非朗伯表面立体图像集,因而,很难对各种算法的计算效率和匹配质量进行比较,文中主要对非朗伯表面的现有三维重构方法的原理、特点、适用范围和最新研究方向进行了介绍,对非朗伯表面三维重构的现有问题和发展前景进行了讨论。     

Novel calibration method for non-overlapping multiple vision sensors based on 1D target

The global calibration of multiple vision sensors (MVS) with non-overlapping views has been widely studied. In this paper, a novel calibration method for MVS with non-overlapping fields of view based on 1D target is presented. First, two neighboring vision sensors are selected. The rotation matrix between the two vision sensors is computed using the co-linearity property of the feature points on 1D target. Then the translation vector is computed according to the known distances between feature points on 1D target. The global calibration of all vision sensors is realized by repeating the above pair-wise calibration on different pairs of vision sensors. Due to the small volume and mobility of 1D target, the proposed global calibration method can be applied to vision sensors distributed in a large area or narrow space. Experiment results show that the RMS error of global calibration is within 0.060 mm.     

Non-linearity of the interactions between bottom-up and top-down signals in multistable visual perception

Summary Both bottom-up sensory information and top-down influences contribute to the perception processes. We studied the perceptual alternations of a multistable ambiguous pattern. We observed that it is possible to interfere on the process of the perception alternance by means of subliminal visual stimuli, which either contrast or second the previous perception. We investigated also the effect of the top-down volitional factor on the perceptual alternation. By using a combination of such top-down factor and bottom-up stimulation, we ascertained that a non-linear type of interaction occurs between the two above factors. Paper presented at the International Workshop ?Fluctuations in Physics and Biology: Stochastic Resonance, Signal Processing and Related Phenomena?, Elba, 5–10 June 1994.     

一种单摄像机虚拟鼠标的标定方法

建立单摄像机虚拟鼠标的数学模型,提出一种虚拟鼠标的现场标定方法.以二维实体靶标为中介.利用计算机屏幕生成的虚拟靶标,确定摄像机坐标系到屏幕坐标系的变换.建立空间三维控制点图像坐标到鼠标指针的映射,实现了单摄像机虚拟鼠标的现场标定.提出的方法无需高成本的辅助设备,现场操作简单.在30 cm作用距离内采用640 pixel×480 pixel图像中50个特征点,当图像噪声方差达到1 pixel时,试验中控制点映射为屏幕坐标的均方根(RMS)误差小于3 pixel.该方法应用于研发的虚拟鼠标演示程序.表明切实可行,适用于虚拟鼻尖鼠标的现场标定.     

综合机载微光夜视仪

直视式微光夜视仪已经越来越不能满足空军在战术上的要求,它的视距短,环境条件影响大,无法同时观察外景和机载的各种符号。本文将叙述未来机载微光夜视仪的发展方向,即微光夜视仪综合化。