基于仿射近似投影模型的长焦相机标定方法

鉴于透视投影模型在长焦相机标定过程中存在过参数化的问题,采用仿射近似投影模型对长焦相机成像过程进行建模,并提出了基于仿射近似投影模型的长焦相机标定方法。首先,深入分析了仿射投影位姿模糊的形成机制,在此基础上详细推导了仿射近似投影下基于平面模板的长焦相机内外参数解算方法;然后,基于透视投影模型,以重投影像点残差平方和最小为目标函数,对内外参数初值进行优化求精;最后,针对仿射投影模型的位姿模糊,在平面标定模板基础上附加微凸圆柱标志。仿真和实际实验结果显示,所提出的长焦相机标定方法有效可行,在实验室环境下重建平面目标的离面中误差优于0.02 mm。     

基于TOF相机的空间非合作目标位姿测量方法

针对空间非合作目标近距离交会对接时较难获取精确位姿的问题,提出一种高效可靠的基于TOF(time-of-flight)相机的空间非合作目标位姿测量方法.利用TOF相机灰度图可存储光强的特点,用回光反射材质圆点标定板,提高了相机标定精度;基于边缘弧段组合的椭圆检测法计算目标表面对接环内外侧椭圆参数;基于局部阈值的区域生长法对深度图像进行连通域分析,通过面积、长宽比等约束提取出目标表面接插件;利用对接环与接插件建立目标坐标系并解算其在相机坐标系下的三轴位置与姿态角.搭建地面验证系统,通过对比本文方法与ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)方法4组100帧图像的实验结果,验证了该方法的鲁棒性与测量精度的准确性,说明TOF相机在非合作目标位姿测量领域具有广阔的前景.     

基于折反射全景相机的视觉里程计研究

为了实现折反射全景相机实时定位,提出了基于特征点法的可以用于折反射全景相机的视觉里程计算法。对折反射全景相机的投影模型重新设计了初始化模块,用于全景相机位姿的初始化。在初始化模块中,提出了适用于折反射全景相机的球面对极几何,通过球面对极几何计算初始化过程中两帧图像间位姿变化关系。为了验证算法鲁棒性和精确度,在相同场景下,将本文算法与使用针孔相机的特征点法的视觉里程计算法进行对比。结果表明,使用折反射全景相机的情况下,室外场景和室内场景下视觉里程计精度分别比针孔相机算法提升了38%和50%。     

未标定相机的高精度位姿估计方法

针对未标定相机的位姿估计问题,提出了一种焦距和位姿同时迭代的高精度位姿估计算法。现有的未标定相机的位姿估计算法是焦距和相机位姿单独求解,焦距估计精度较差。提出的算法首先通过现有算法得到相机焦距和位姿的初始参数;然后在正交迭代的基础上推导了焦距和位姿最小化函数,将焦距和位姿同时作为初始值进行迭代计算;最后得到高精度的焦距和位姿参数。仿真实验表明提出的算法在点数为10,噪声标准差为2的情况下,角度相对误差小于1%,平移相对误差小于4%,焦距相对误差小于3%;真实实验表明提出的算法与棋盘标定方法的精度相当。与现有算法相比,能够对未标定相机进行高精度的焦距和位姿估计。     

基于自由镜面反射位姿评估的条纹反射摄影测量

在条纹反射摄影测量中,由于产生条纹图形的液晶显示器不直接出现在摄像机的视场范围内,摄像机与液晶显示器之间的位姿标定是条纹反射摄影测量的主要难点。为了简化标定过程,提出了采用平面镜直接对液晶显示器上的条纹反射3次并利用固定摄像机接收反射条纹,通过对摄像机与条纹虚像之间的3次位姿评估,完成摄像机与液晶显示器的位姿标定的方法。在镜面面形测量中,利用两者之间的位姿关系可以将待测点的反射光线和入射光线统一在摄像机坐标系下,完成光线的三角交会,实现镜面面形测量。数值模拟和实验结果表明,此方法简单易行,且精度较高。     

单相机监控偏折术测量方法

基于相位测量偏折术的测量原理,针对移动屏幕偏折术测量方法中的重复标定问题,提出了基于单相机监控的偏折术测量方法。通过辅助相机监控LCD显示屏幕的两个位置,通过PnP方法和坐标系变换确定LCD显示屏幕在主相机中的位姿关系。利用绝对相位追踪对应同一像素的LCD显示屏幕两个位置上的同名相位点,确定入射光线,最终确定法线和梯度信息,并根据径向基函数插值法精确重建镜面面形。采用镜面标定法对具有不同视场的主辅相机进行标定。该方法只需标定一次,不会产生重复标定误差。仿真和实验验证了该方法的可行性,初步实验结果验证该方法具有较高的检测精度。     

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。     

基于两个正交一维物体的单幅图像相机标定

提出了一种利用两个正交一维物体构成"T"型靶标进行摄像机标定的新方法。该方法只需对"T"型靶标上已知坐标的5点投影一幅图像,然后根据柔性靶标原理计算出由虚点和标记点组成的共直线的4点,由射影变换同素性、接合性以及交比不变性标定出镜头的一阶径向畸变参数。利用已知畸变参数对图像进行畸变校正,然后由基于两个正交一维物体坐标变换的方法即可标定出相机的内外参数。该方法线性求解镜头畸变参数,避免了传统方法非线性迭代优化过程中产生的参数耦合现象。实验表明,不进行镜头畸变校正则相机标定精度随着图像噪声的增加呈不稳定状态;进行畸变校正后对简单标定计算的初始值进行优化得到稳定的高精度标定结果。整个实验设备简单,操作方便,只需一幅图像即可实现镜头畸变和相机内外参数的标定,可以达到实时的效果。     

双平面镜双相机数字图像相关技术在三维重建中的应用

三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用,针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性,本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法,并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系,基于公垂线中点法进行目标点三维重构,确定棋盘格标定板角点的三维坐标;分析角点在镜面的虚实对应关系,标定镜面位置方程,得到反射变换矩阵;通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换,最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性,分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中,其正反轮廓的三维重建效果良好;在五棱铝柱热变形动态实验中,铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致,且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法,具有较高的精度。     

基于多传感器的三维目标位姿测量方法

提出了一种基于多传感器的三维目标位姿测量方法,该方法利用多传感器技术,充分发挥深度相机和高分辨率电荷耦合器件(CCD)相机各自的优势,提高了测量的稳健性和效率。利用物体与其固定平面之间的关系,在点云中粗略定位出目标区域,通过预先标定信息将目标区域转换至灰度图像空间。在灰度图像中,利用线段检测器(LSD)算法外加特征约束,筛选出4条目标直线,利用透视4点(P4P)算法求解出目标的六维位姿。实验验证了该算法的有效性,其测量效率远优于经典模板匹配方法。     

梯度折射率透镜在口腔内窥镜中的设计与应用

作为口腔内窥镜的摄像镜头，利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点，研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜, 降低系统渐晕，减小畸变,获取口腔内部图像，经CCD光电转换装置转换成电信号，再将电信号经过数字信号处理以后，将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰, 在图像畸变、景深等方面优于现有产品，而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。     

采用广角数码相机测量图像显示系统的几何畸变

准确地测量含有广角耦合物镜的图像显示系统的几何畸变是实现图像显示系统几何畸变数字校正的前提和关键。提出了一种以非量测广角数码相机为测量设备的几何畸变的测量方法，首先给出了广角数码相机镜头畸变的标定方法，确定了数码相机镜头畸变系数，然后讨论了基于广角数码相机和Photoshop软件进行图像显示系统几何畸变测量的测量方法，分析了影响测量精度的因素。最后，将本文的测量结果与基于点物成像原理，采用单轴转台和普通数码相机进行测量的测量结果进行了对比，二者吻合得较好。从测量结果看，本文给出的测量方法，其测量精度可以满足工程要求，简单、易行。     

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%。     

神龙一号参数测量用高速两分幅相机

采用长焦距镜头的后工作空间全口径分光原理,利用门控型像增强器、CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速快门控制触发系统等部件,研制了具有较高时间分辨能力和高灵敏度的两分幅高速相机,并在此基础上建立了束参数的高速测量系统。两分幅相机的最高快门速度约3 ns,幅间间隔时间则具有以0.5 ns的步进进行调节的能力;快门时间及幅间间隔时间可以分别独立调节,最大可到1 s;同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,等效背景噪声低到约5 electronspixel-1s-1,并且分幅相机灵敏度调节范围大。该系统一次可以拍摄两幅图像,图像阵列可达到1 0241 024,满足神龙一号的各种测量要求。     

宽覆盖高分辨率机载相机光学系统设计

针对机载相机广域高效航拍作业需求,采用新型级联光学成像结构,设计了一种宽覆盖高分辨率机载相机光学系统。该系统由对称前置同心物镜和中继转像透镜阵列组成,对称前置同心物镜获取剩余像差均匀的宽视场曲面像,中继转像透镜阵列对该曲面像进行视场细分、剩余像差校正及中继成像。所设计的机载相机光学系统焦距为60 mm、F数为3.4、视场角可达132°。基于一阶理论和像差特性,在不同飞行高度对地观测时,研究了机载相机光学系统的成像质量与宽视场曲面像的关系,获得系统在不同飞行高度实现清晰成像的方法。通过像质评价,结果表明,优化设计的系统在低空、中空及高空进行对地观测时,像面光线追迹点列图方均根半径均优于1.6μm,在奈奎斯特频率为230 lp/mm处,调制传递函数均达0.4,系统成像性能优异且像质均匀。新型级联光学成像系统适用于不同飞行高度的机载相机。     

Compact zoom lens unit for camera phones

We present a novel approach to the miniaturization of an imaging system with high resolution and high optical magnification for camera phones. An optical zoom system with a mechanical shutter has been designed and developed, the mechanical shutter being necessary to assure high image quality. The shutter is integrated with the zooming lens group, which allows the zoom lens unit to be downsized. Performance of the zoom lens unit accommodates an image sensor of over five-mega-pixels and fulfills all the requirements of a camera phone.     

摄像机标定技术在活塞视觉检测与分选中的应用研究

在机器人视觉检测及自动化分捡中,准确地校正摄像机镜头畸变对获取物体精确图像及确定物体准确位置具有重要意义。采用了带有径向畸变的小孔摄像机模型及基于线段斜率的标定方法。在标定过程中,应用线性算法求解出了镜头的径向畸变系数。实验表明,采用的标定方法简捷有效,其标定结果能够满足研究需要。     

A video camera system for coaxial observation of a sample with an incident soft X‐ray beam

A video camera system for observing a sample from the direction of an incident soft X‐ray beam has been developed. The sample is seen via two reflecting mirrors. The first mirror, which has a hole to allow the soft X‐ray beam to pass through, is set on the beam axis in a vacuum. The second mirror is used to cancel out the mirror inversion of the image. This camera system is used for efficient positioning of samples in a soft X‐ray beam.     

Measurement of the chief ray angle of mobile phone camera

The chief ray angle (CRA) of a mobile phone lens is related to the acceptance angle of the IR cutoff filter and micro lens array. The CRA of a lens need to be within an allowed value, otherwise image blurring or vignetting occurs. However, because of the compact size of mobile phone camera lenses, it is not easy to measure the CRA accurately. In this paper, we suggest a new method to measure the CRA of high-quality mobile phone camera lenses accurately using a laser beam as a light source and a plane mirror to collimate the beam in a double pass configuration. When the plane mirror is tilted to the same angle as the lens CRA, the spot center does not change, irrespective of the longitudinal position of the plane mirror. We manufactured the reference optics, which consisted of four spherical lenses, to verify our method. We found that our new CRA measurement method has 0.65° of measurement uncertainty for 15° CRA, which satisfies phone camera makers’ requirements.