基于角度约束的目标位姿测量二义性剔除方法

为了有效解决单圆特征目标位姿解存在二义性的问题,提出了基于角度约束的目标位姿虚假解的消除方法。在相机标定好的前提下,在水平面上平移相机系统获得两幅或两幅以上具有圆特征的目标物图像,以圆形特征目标物的真实姿态角在相机坐标系下保持不变作为约束,可以有效剔除虚假解。可将该方法应用于末端安装摄像机的工业机器人,操控机器人做已知的平移运动从而有效剔除圆特征目标位姿的虚假解。通过实验验证,圆特征目标姿态角的绝对误差小于0.5°,然后可通过真实姿态选出对应目标的真实位置。该方法简单易行,不需要额外的高昂设备就能精确地定位出物体的真实位姿,成功率可达100%。     

基于线阵TDI-CCD器件的扫描成像系统设计

提出了由步进电机控制振镜运转,基于线阵TDI-CCD相机的扫描成像设计方案.通过研究线阵TDI-CCD器件的结构与工作原理,得到对振镜扫描速率和相机行扫描速率进行同步的方法,实现了空间位置配准.采用EC-11相机进行成像实验,扫描成像系统输出了可辨别的图像.     

一种线结构光振镜扫描测量系统通用标定方法

线结构光振镜扫描测量系统通过单个反射镜片摆动实现被测对象三维面形的测量,具有环境适应性强、测量速度快和结构紧凑等优点。为降低系统装调难度、提升标定方法的通用性,提出了直接建立反射激光平面方程系数与振镜摆角关系的标定思路。考虑系统各元件间的相对位姿关系,推导并得到了激光平面各系数与振镜摆角的一般表达式。根据特定摆角处得到的激光平面方程系数,采用最小二乘方法得到该表达式中的待定系数。实验结果表明,采用所提方法标定的测量系统对阶梯块高度测量的最大相对偏差为-0.3029%,成功实现了复杂曲面的多尺度特征获取。     

基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

高精度柔性坐标测量系统及其校准技术研究EI北大核心CSCD

针对传统的机器人柔性坐标测量方法中,机器人模型不完善及机器人固定参数不断变化导致测量精度难以提高的问题,提出一种基于双目视觉原理的全局实时校准方法,组建由两台相机组成的高精度全局校准单元,通过测量布置在机器人末端视觉传感器上的控制点阵,实时得到机器人末端的空间位姿,实现机器人在全局空间的精确定位。提出基于空间网格控制场的相机校准方法,构建像面坐标系上的残差库,实现相机在全视场空间内的高精度校准。实验表明,采用上述方法可实现±0.1mm的双相机校准精度,整个系统的测量精度可达±0.15mm,从根本上摆脱了机器人运动学模型及参数误差带来的影响,有效地保证了柔性坐标测量系统的精度。     

一种极线近似的双目结构光相位立体匹配方法北大核心CSCD

针对双目结构光三维重建中的相位立体匹配效率较低问题,提出了一种极线近似的快速匹配方法。首先依据两相机光心与左像素形成平面与右成像平面交线对极线进行描述;对每行像素中部分区域的对应极线进行近似,结合立体视觉的连续性约束,使得孤立的沿各自极线搜索匹配相位改为区域内沿近似极线连续搜索匹配相位;同时结合双目相机位姿特性,实现全局均匀分区,避免针对每行数据重复分区;计算过程中采用查表法辅助计算。实验结果表明,立体匹配后获得点云平均误差为0.436 mm,属可接受误差范围内,立体匹配计算速度平均提升10.18倍,对640×480尺寸图像可在17 ms内完成立体匹配,可应用于结构光实时三维重建。     

单目视觉的同时三维场景构建和定位算法

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分.针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法.提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征点对和摄像机内参量计算场景三维结构和关键帧的位姿并提出一种估计关键帧位姿的简便方法;最后,提出一种兼顾优化效果和运算复杂度的自适应光束法平差算法优化场景结构和摄像机位姿,并生成适于机器人导航的数字高程图.室内和室外多种场景下的定量和定性实验结果表明,绕行误差低于4%,该算法能够接近实时准确实现同时场景构建和摄像机定位.     

基于双目视觉的大型高反光构件测量系统

为满足大型高反光构件的原位高效高精度测量,提出了一种基于双目视觉配合工业机器人的测量系统.该系统通过目标检测可以准确分割出视觉标志点所在的感兴趣区域,有效减少高反光表面造成的误提取,提高双目视觉测量系统的鲁棒性和测量效率.同时通过控制工业机器人末端运动,完成多位姿下对整个构件的测量,再通过多位姿间坐标转换关系将不同位姿...     

基于单目视觉的中医诊疗机械手三维坐标定位和变换方法

为了在按摩、针灸等中医相关诊疗过程中,高效率定位中医按诊所需腧穴.结合单目视觉标定与定位原理,提出了一种基于三维坐标系之间转换矩阵求取的中医诊疗机械手坐标定位和转换方法.通过进行相机标定得到相机内参数并建立相机三维世界坐标系,再基于可粘贴于机械手任意固定位置的自定义标签图像建立相机三维世界坐标系与机械手坐标系的转换关系...     

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%。     

空间非合作目标的双目视觉位姿测量方法

针对清理空间非合作目标任务中如何获取目标的相对位置和姿态的难题,提出一种双目视觉位姿测量方法。首先,设计了基于双目视觉的位姿测量算法,利用弧支撑线段的方法快速检测目标表面的对接环,通过极线约束准则和光流法辅助跟踪算法建立复杂场景下的对接环检测和筛选机制;利用两次遍历法快速标记连通区域,加入面积和曲率约束,提取目标表面特征较突出的规则标志点。利用三维重建后的对接环平面和标志点建立目标坐标系,解算与世界坐标系之间的位姿关系。之后将算法移植到DSP6678信息处理平台,实现了对空间非合作目标的实时连续位姿测量。通过3组不同工况下的小卫星模型实验,验证了该方法的有效性。     

条纹投影相位高度转换映射模型及其标定方法

为了提高条纹投影三维(3D)测量系统的测量速度和准确度,提出了一种改进的相位高度转换映射模型。通过建立虚拟相机坐标系以及分析条纹信息在投射器坐标系与相机坐标系之间的转换关系,在相机坐标系中建立了从相位到高度的一一映射模型,并在映射模型中校正了相机镜头的畸变。该模型结构简单,便于结合查表(LUT)法使用。应用查表法后,模型算法复杂度极低,可以应用在高速测量中。同时,提出了一种针对映射模型的标定方法,并在相机标定过程中利用逆向投影优化过程对相机的参数进行迭代优化。标定方法简单高效,不需要参考平面,且对系统中的相机和投射器的相对位姿没有严格的要求。实验结果表明所提映射模型及标定方法可以实现快速准确的三维测量。     

一种基于线结构光的三维视觉曲面测量方法

为了建立物体的整体三维模型,在一般线结构光三维视觉系统结构的基础上,提出了一种三维视觉扫描方式———被动模式。这种模式是基于摄像机不动,使物体旋转,实现对物体的全方位扫描,解决了物体三维模型周视扫描的问题。给出了物体旋转轴心坐标的标定方法和物体的三维重建过程。     

基于线扫描成像的光片荧光显微镜

设计了一种基于线扫描成像(LSI)的光片荧光显微镜(LSFM),旨在通过抑制样本散射达到提高成像质量的目的 .该显微镜将数字扫描光片荧光显微镜(DSLM)与LSI两种方法结合,以前者为基础,在探测光路上增加了一个用于解扫描的扫描振镜.在控制过程中,将照明光路的扫描振镜与解扫描振镜同步,使得均匀运动的图像在相机前固定于同一位置,从而实现了LSI.在系统中,为了便于与传统方法对比,线阵探测器通过面阵相机模拟实现.另外,与常规的LSFM相比,改进后的系统,在高散射荧光微球样品和斑马鱼心脏样品的成像实验中,更有效地抑制了样本散射.因此,验证该方法具有可行性.     

高精度抗遮挡的四目相机三维重建系统

多目相机用于三维重建能够提升精度,克服遮挡,可多方位获取目标的三维位置。为了更准确地恢复目标在空间中的分布情况,介绍了一种汇聚式四目相机三维重建系统。设计和搭建了围绕目标场景均匀分布四相机的重建平台,立体标定出相邻相机的相对位姿后,借助坐标系变换,获取每个相机在统一坐标系中的位置和姿态,并用传递次数最多的机位进行检验。检验结果表明,测量出的位姿与经过传递推导的位姿一致。对66×65阵列的棋盘标靶进行重建,在45 mm范围内最大相对误差为0.061%;与拟合结果相比较,均方根误差为0.319 3μm。使用金属块进行重建实验,能够通过其顶点恢复出形貌。实验结果表明,该装置能够用于高精度抗遮挡的三维重建系统中。     

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。     

基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统

提出一种基于柔性靶标定位实现图像拼接的多相机三维测量系统,采用一个激光投影仪投影大幅条纹,多相机分布式采集的方法扩展视觉三维测量系统的测量范围。标定过程首先使用小型平面靶标标定基准相机二维图像坐标和相位值到三维世界坐标的映射关系,之后在相邻相机部分视场(FOV)重合的前提下,利用柔性靶标定位标定相邻相机图像坐标的转换关系,最后将各个相机的图像坐标全部转化到基准相机的图像坐标系下完成图像拼接,由基准相机图像坐标到世界坐标的映射完成全局三维测量。实验结果表明,使用图像拼接方法的测量精度略低于相机单视场测量的精度,但精度损失较小,满足工业在线测量的要求。该方法避免使用昂贵的辅助测量仪器和加工高精度大型靶标,为多相机视觉测量提供了成本低、使用方便的解决方案。     

面向机器人位姿测量的大视场变焦测量方法

针对机器人大范围位姿精准测量问题,提出一种大视场位姿测量的变焦测量方法。利用变焦图像匹配点的单应矩阵进行变焦内参动态计算,根据变焦前后靶标位姿求解相机坐标系变换,给出与变焦参数相关的PnP算法,考虑畸变后进行参数优化,并提出缩放和对焦两步变焦控制策略。提出一种基于图像模板的靶标板位姿测量算法,在靶标可视姿态均能稳定检测并区分标志点。对变焦测量系统进行误差测量实验和大场景跟踪实验,结果表明,不同变焦参数下均具有较高的单点测量精度,平均位置精度最高21.8μm,在400~1600 mm范围误差0.09mm,精度较高,使用的变焦相机可实现178.7461~9022.31mm测量。该方法实现了相机活动范围受限而测量范围可拓展的位姿测量。     

基于计算机视觉的大射电望远镜馈源舱动态定位系统

在FAST项目馈源舱扫描跟踪设计中 ,舱体的动态定位是实现系统闭环控制的基础。作者根据相机交汇测量原理提出了舱体空间动态定位的基本方法。推导了通过舱体上不共线三点描述舱体位姿的方法 ,介绍了相机交汇测量原理及系统标定方法 ,最后给出了大射电望远镜FAST 5 0m模型计算机视觉动态定位系统的组成 ,并讨论了CCD技术在FAST项目中应用的可行性     

多传感器融合的轨道车体表面特征定位方法北大核心CSCD

在以工业机器人为主体的轨道车体打磨和喷涂系统中,由于轨道车辆表面纹理特征较少和曲率变化,使得物体表面关键特征定位困难和稳定性差等问题。为解决上述问题,首先对常见的视觉传感器的优缺点进行分析,然后选择使用单目视觉技术来对车体表面特征定位方法进行研究,提出并实现了融合多传感器的方法来实现大型物体表面关键特征的定位。该方法结合使用单目相机和激光位移传感器,在算法层面上借鉴了逆映射和最近点迭代的算法。最后对提出的算法进行验证,结果表明:该方法可高效快速地计算出车体目标点的三维坐标和相机相对车体的位置关系,并根据结果对误差来源进行综合分析。