基于非参数测量模型的摄影测量方法研究

由于近景摄影测量具有测量范围广、精度高和效率高等优点,其在大尺寸精密测量任务中承担越来越重要的角色。其中,基于平差优化的自标定测量模型是保证该方法实现高精度测量的重要原因。然而,随着越来越多的商业级单反相机应用到三维空间测量,发现其测量精度与专业相机相比有一定差距。经过大量分析发现,除了相机本身原因外,自标定模型过多地依赖相机内部参数,尤其是畸变参数,是导致测量精度降低的重要原因。为了降低参数化模型对测量结果的影响,提出一种不依赖相机内部参数的摄影测量方法。结合垂线法和Zeiss实验室标定方法,设计了一种针对大视场相机的非参数标定方法。经过不同图像间同名点匹配和平差初值确定后,便可建立基于角度信息的非参数测量模型。结合平差优化算法,完成对空间被测点三维坐标的精确解算。经过与传统摄影测量结果比对,证明该方法可以有效提高大视场单反相机的摄影测量精度。     

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.     

基于光学参考棒的立体视觉测量系统现场标定技术

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确标定立体视觉系统变得越来越重要。为了克服传统立体摄像机标定过程繁复、户外实现困难的弱点,提出了一种基于光学参考棒的灵活、有效的立体视觉测量系统标定技术。参考棒水平和深度方向各有三个距离已知的红外LED作为特征点。通过在测量范围内的不同位置和方位移动光学参考棒,两像机同时捕获参考棒上特征点的图像。基于匹配的特征像点以及对极线约束,利用线性算法和Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法快速地标定立体视觉测量系统。两像机之间平移量的比例因子由参考棒上特征点间的已知距离确定。参量标定过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,使不同位置处光点图像的强度均一致,可以获得高的信噪比,提高标定精度。实验结果表明,该方法灵活、有效,在线标定能达到很高的精度,将现场标定过程应用到实际的大空间三维测量系统中,测量最大误差为0.18 mm。     

基于构建初始测量网络的相机内部参数校准

提出了一种基于构建初始测量网络的相机内部参数校准方法,有效解决了二维平面靶标在深度方向信息的不足以及三维靶标空间的限制等问题。通过对靶标板进行初始成像,按照测量网络的构建原则建立初始测量网络,经过后方交会求解外方位、前方交会求解空间三维靶标点坐标,最后由光束平差优化求解相机内部参数。利用标定后内部参数求解空间点坐标,实验结果表明,采用构建初始测量网的误差平均值为0.0794,优于平面靶标和立体靶标标定的-0.2443和-0.1916。同时校准所用时间也明显小于虚拟立体校准,即该方法具有快速、精确和方便等优点,满足大空间视觉测量中相机内部参数现场校准的要求。     

逆向工程中基于共轴立体视觉的曲面边界测量（英文）

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0.268mm,基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.     

飞行试验中军用1553B总线的实时采集技术

针对飞行试验中飞机结构件的动态变形测量问题,提出了一种基于图像的测量方法,对其中涉及的关键技术进行了研究。采用10参数模型非线性成像模型补偿摄像机系统误差,引入摄像机动态校准算法,使摄像机标校重投影误差小于0.03pixel;采用编码标志作为测量标志,提高了图像自动识别和匹配效率;采用双像机交会测量计算测量标志位移变形量可达到0.15mm/1m。实验证明,该方法满足飞行试验中飞机结构件动态变形要求。     

飞机结构件动态变形测量技术研究

针对飞行试验中飞机结构件的动态变形测量问题,提出了一种基于图像的测量方法,对其中涉及的关键技术进行了研究;采用10参数模型非线性成像模型补偿摄像机系统误差,引入摄像机动态校准算法,使摄像机标校重投影误差小于0.03 pixel;采用编码标志作为测量标志,提高了图像自动识别和匹配效率;采用双像机交会测量计算测量标志位移变形量可达到0.15 mm/m;实验证明,该方法满足飞行试验中飞机结构件动态变形要求。     

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。     

彩色栅线动态三维测量中自适应相关匹配技术

彩色栅线结构光三维测量可仅靠左右摄像机单幅图像完成像素级相位匹配,能够实现运动或者变形物体型面重构,但其测量精度有待进一步提高.在依据相位进行粗匹配的基础上,采用立体视觉数字相关技术在左右图像局部区域进行更细致的匹配.计算相关系数时,依据彩色栅线各个周期的色彩变化特性白适应调整不同颜色通道的权重,依据不同视点表面变形特性自适应调整左右相关窗口的尺寸.在极线方向上双线性插值进行亚像素匹配.实验结果证明自适应数字相关匹配技术在保证彩色栅线动态检测,分辨率高优点的同时,可有效改善测量精度至0.1 mm,扩大测量适用范围.     

基于HALCON的双目立体视觉工件尺寸测量

为了实现对大批量生产工件尺寸的精密测量，该文基于双目立体视觉视差原理，设计了一种工件尺寸实时测量系统；系统通过两个工业数字摄像头实时采集工件不同角度的两幅图像，并基于机器视觉软件HALCON的HDevelop开发环境，对两幅图像进行相关预处理，获取感兴趣区域。提出一种基于canny的亚像素边缘检测、边缘细化、基于atukey权重函数的最小二乘法边缘拟合及边缘均匀取点算法获取精确的边缘特征点，并通过双目系统标定、极线约束与NCC相结合的立体匹配、世界坐标转换、几何计算相结合的非接触式双目视觉方法进行尺寸测量。通过大量实验证明，该方法可有效地获取工件特征点的三维坐标值，不借助外部测量仪器实现工件关键尺寸的高精度实时检测，检测精度达±0.2mm以上，简单快捷，具有较好的准确性和实时性。     

立体视觉测量中的图像匹配策略研究

立体视觉测量广泛应用于机器人导向和各种柔性制造系统中 ,其中图像特征的准确匹配始终是一个难题。推导了共极性线方程 ,采取相关匹配和特征匹配相结合的方法来提高图像匹配的速度和精度 ,利用建模估计得到匹配像点的精确坐标 ,使三维测量精度达到目标距离的 1/10 0 0 0左右     

利用共线性和对极约束实现匹配扩展

结构化场景图像的纹理较为单一,可提取的局部特征较少。在宽基线情况下,基于图像局部特征的匹配方法很难获取正确匹配,导致匹配精度降低。为此,提出了一种以图像局部特征匹配为基础进行配扩展的方法。匹配扩展时,将图像中线段的两端点作为匹配的基元,利用线段两端点在不同视点间的共线性和对极约束限定候选匹配的搜索空间,剔除错误匹配,进行匹配关系的传播。实验结果表明:当图像存在一定的尺度和视点变化以及明显的光照变化时,该方法能够有效地增加匹配的数目,为精确的极线几何估计和三维重建奠定了良好的基础。     

一种基于双目视觉技术的运动线缆空间位姿测量方法

为了测量柔性运动线缆的空间位姿,提出了一种基于双目视觉的中心线匹配法,可以对长径比较大的柔性线缆类零件的空间位姿进行光学测量。通过运动估计方法提取ROI(感兴趣区域),对ROI进行二值化处理,再通过细化算法提取区域的骨架作为中心线,结合极线约束寻找中心线上的匹配点对,重建中心线上点列并拟合空间中心线。建立了实验系统,通过实验测试表明,该方法平均测量误差为0.09mm,证明了实验方法的正确性和可行性。     

基于直线的射影不变性和极线约束标定摄像机参数

提出一种用图像对标定摄像机参数的新方法。传统自标定方法需要先由图像特征计算基础矩阵,该方法则是从图像中提取一组未知长度和长度比的平行直线,以图像中心坐标为主点初值,利用直线的射影不变性先求得摄像机焦距、旋转矩阵和平移向量的初值;再由图像对固有的极线约束来优化摄像机的参数,从而得到高精度的主点、焦距、旋转矩阵和平移向量。使用该方法对图像目标进行三维重建,仿真实验表明：该方法对场景要求较少,原理简单,方法易行,标定摄像机参数精度较高。     

基于极线局部校正的特征匹配方法

针对利用多视图像进行目标三维测量、结构重建时在极线约束下对直接区域灰度相关进行同名特征匹配常常失效的问题,提出了一种基于极线局部校正的特征匹配算法。介绍了极线约束匹配的原理,分析了相关方法在极线约束匹配中的缺陷以及在多种像机位姿配置下的图像特征间的约束关系,在此基础上提出了一种极线局部区域校正的方法,对待匹配区域进行校正使自动相关匹配能有效执行,结合最小二乘匹配得到了高精度的匹配结果。实验结果证明了新算法的有效性,大大提高了自动匹配的可靠性、速度和精度。     

基于编码标志点的数码相机三维测量与重构

介绍了利用数码相机作为图像传感器,在物体表面设置编码标志点,通过对编码标志点进行识别和检测,从而确定标志点的空间位置,实现了对物体表面某些特定点三维信息的无接触检测。介绍了其中的关键技术,如标志点的设计与检测、基础矩阵的求解、数码相机参数的标定以及内外参数的捆绑调整等,给出了检测实例并进行了精度验证。实验证明,该方法结构简单,成本低廉,数据采集快,移动方便,检测范围大,可满足三维物体特别是大面积物体空间检测的需求。     

激光扫描测头视觉系统结构参数优化

线结构光视觉测量系统是激光扫描测头的重要组成部分,为了提高激光扫描测头的测量精度及可靠性,提出一种线结构光视觉系统结构参数优化设计方法。分析了影响该测量系统整体测量精度的因素以及该测量系统的结构误差模型,并建立了应用于激光扫描测头的结构约束条件,通过该约束条件建立了结构参数优化仿真系统,进而得到仿真优化后的结构参数,即最优结构参数,并设计实测实验验证其合理性。测得优化后的线结构光视觉系统测量空间点间距相对误差为0.019 8 mm,本文结果表明优化方法的有效性,并具有较好的精度。     

一种基于稀疏编码空间金字塔匹配的图像分类算法

图像分类技术是近年来计算机视觉领域中的研究热点,在移动互联网领域中取得了成功应用。提出了一种基于稀疏编码空间金字塔匹配的图像分类算法。该方法首先对图像的SIFT特征进行稀疏编码,替代了传统的矢量量化方法,可以有效降低量化误差,构建更为准确的图像表征方式,然后结合空间金字塔匹配算法采用线性分类器对图像进行分类识别。在标准测试图像数据库上的实验结果表明,相比BOF和SPM方法,该算法可以将图像分类准确率提高4%~12%。     

面向结构光三维测量的高稳定映射拼接方法

基于自由视角测量的三维拼接大大提高了测量的便捷性,为了提高视角间三维映射的稳健性,提出了一种改进的高稳定映射拼接方法。根据图像间匹配的特征点实现视角重合,利用结构光相位信息完成特征点三维映射和空间定位。针对特征点相位缺失无法重建的普遍问题,提出利用邻域点插值恢复特征点方法,虚拟重建视角间有效映射点,通过四元数法实现视角间点云的刚性变换和拼接。实验表明,相较传统的方法,该方法平均能将有效特征点数量提升20%,有效提高了映射拼接的稳定性。     

基于传递像机的移动摄像测量方法

针对大型结构表面积较大而像机视野有限的问题,提出了一种基于传递像机的移动摄像测量方法,该方法可对大型结构进行全局扫描测量。利用固定连接于移动平台的传递像机对基准标识点进行图像采集,采用像机参数标定方法对传递像机的外参数进行计算,得到相邻时刻移动平台坐标的相对转换关系。测量像机在移动平台的驱动下围绕结构表面采集特征点,利用运动平台坐标的转换关系计算得到测量像机的实时外参数。建立等效双目交会共线方程,并对特征点位置进行计算,在初始位置完成参数标定后,即可实现自动测量。实验结果表明,所提出的移动摄像测量方法的测量精度可达2.012mm,且自动化程度较高,可应用于大型结构的在线监测。