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。     

基于机器视觉的移动工件抓取和装配的研究

针对工业生产线上某产品上下盖自动装配的问题,运用运动控制理论与机器视觉相结合,搭建了一套模拟工业生产线产品装配系统。首先利用工业相机对进入视场的工件进行单帧图像采集,获取图像数据;然后利用OpenCV对数字图像进行处理,包括中值滤波、阈值分割、孔洞填充、边缘提取来获取数字图像的特征;之后通过质心法结合矩形拟合计算出工件的质心坐标和偏转角度;最后引导六轴机械臂抓取产品的时候能根据图像处理结果进行纠偏和补偿。该系统采用平面棋盘格标定板对工业相机进行了标定,并且在线进行了验证,实验结果表明,工件抓取和装配成功率为100%,满足工业现场的装配精度要求。     

基于OpenCV的嵌入式自动捡乒乓球系统设计

为了解决在乒乓球比赛和训练中人工手动捡球的问题,从机器视觉的角度出发,综合嵌入式、图像处理和测量控制等技术,基于第三方库OpenCV设计了一种自动捡乒乓球系统。系统是以Contex-A8平台为控制核心,首先通过对云台和USB摄像头的控制获取视频信号;然后通过霍夫圆变换和SVM分类器算法识别出视频中的乒乓球,并根据质心计算出其与系统的相对位置;最后将视频信号中抽象出的位置信息传递给机械运动控制终端,控制小车和机械手将乒乓球捡起,并送到指定位置。实验结果表明本系统能够正确的检测和识别乒乓球,并对其进行定位捡取,效果良好,提高了拾取乒乓球的效率,减轻工作人员的负担。     

我国科学仪器研发进入了新阶段

本文简要地论述了发展科学仪器的重要性,并简略点评了本期专辑中收录的部分文章.     

检测/校准实验室仪器设备及标准物质期间核查实施方法

对检测/校准实验室仪器设备及标准物质期间核查的具体实施进行了讨论,重点介绍编写期间核查作业指导书需明确的内容,包括明确核查对象、确定核查项目、选择核查方法、规定核查间隔、获取核查判据及如何判定对核查不合格的处置.指出既能利用期间核查确保仪器设备及标准物质的可靠性,又不浪费人力物力的措施.     

红宝石脉冲激光动态光力学方法研究与进展

本文提出了瞬态图像采集技术和电磁脉冲加载装置。应用红宝石脉冲激光光源,介绍了动态全息光弹性、动态散斑干涉、动态云纹干涉、水下爆炸全息干涉、动态电子散斑干涉和动态数字散斑相关等多种方法的测试原理和测试技术。为动态位移场、应变场和应力场的定量分析提供了广泛的应用前景。     

紧耦合INS/视觉相对位姿测量方法

研究了一种紧耦合INS/视觉相对位姿测量方法在无人机自主空中加油中的应用。该方法直接将特征点的图像坐标作为滤波器输入,避免了求解复杂的非线性位姿方程,尤其是特征点提取不全时,该方法具有较强的鲁棒性。引入相对惯导误差建立了增广状态模型,根据杆臂效应详细推导了紧、松两种耦合模式的量测方程。采用扩展卡尔曼滤波算法估计误差状态,并校正惯导输出获取精确的相对位姿信息。仿真结果表明,与松耦合模式相比,紧耦合在提高系统实时性的同时可获得更高的测量精度,位置误差小于0.1 m,姿态角误差小于3'。     

基于热图像的种蛋气室变化监测算法

种蛋气室的大小是监测种蛋孵化过程的重要指标之一。根据种蛋的热力学结构,种蛋在孵化过程中,包裹气室部分蛋壳会与其他部分蛋壳产生温差,从而可通过热红外图像进行观察。针对在种蛋孵化过程中,人工照蛋检测气室效率低的问题,探索设计了一种基于热图像的种蛋气室变化俯视监测算法。监测种蛋气室热图像的算法主要包括种蛋目标检测,种蛋图像分割和种蛋气室面积计算3个部分,其中种蛋的目标检测采用Faster-RCNN算法实现;种蛋图像分割采用BP神经网络算法实现;种蛋气室面积是在种蛋图像分割的基础上进行计算。使用孵化5天及以上的种蛋作为研究对象,并拍取种蛋的热图像进行试验。试验结果表明：种蛋热图像的目标检测的平均精度（mAP）为99.85%,拥有较好的检测效果。使用BP网络对种蛋进行图像分割。BP神经网络经过调参后,其网络最佳的结构为三层隐藏层,每个隐藏层拥有1 000个神经元,最优初始学习率为0.000 1,最优最大迭代次数为500。以F1-measure作为分割效果的评价指标,BP神经网络的图像分割总体结果为87.02%,Otsu算法的总体结果为65.25%。其中只有一个蛋的情况下,BP神经网络的分割结果为87.17%,Otsu算法的结果为68.86%。存在其他种蛋的干扰条件下,BP神经网络的分割结果为86.94%,Otsu算法的结果为61.64%,BP神经网络的分割效果优于Otsu分割算法,BP神经网络拥有更强的抗干扰能力。最后提取了孵化5～19 d种蛋的气室变化,通过观察种蛋气室大小曲线来监测种蛋的孵化情况,可看出随着天数的增加,气室有着明显变大的趋势。人工测量法与热红外测量法比较结果说明两者相关性为0.934 3,拥有较好的相关性。基于热图像的种蛋气室变化监测算法可在实际生产中实现种蛋的识别与气室大小的快速监测,为实现监测种蛋孵化的自动化提供了技术参考。     

Thermoelectric power generation

Although the polarisation of the light was discovered at the beginning of the nineteenth century, the Vikings could have used the polarised light around the tenth century in their navigation to America, using a ‘sunstone’ evoked in the Icelandic Sagas. Indeed, the birefringence of the Iceland spar (calcite), a common crystal in Scandinavia, permits a simple observation of the axis of polarisation of the skylight at the zenith. From this, it is possible to guess the azimuth of a hidden Sun below the horizon, for instance. The high sensitivity of the differential method provided by the ordinary and extraordinary beams of calcite at its so-called isotropy point is about two orders higher than that of the best dichroic polariser and permits to reach an accuracy of ±1° for the Sun azimuth (at sunrise and sunset). Unfortunately, due to the relative fragility of calcite, only the so-called Alderney crystal was discovered on board a 16th ancient ship. Curiously, beyond its use as a sunstone by the Vikings, during these last millennia calcite has led to the discovery of the polarisation of the light itself by Malus and is currently being used to detect the atmospheres of exoplanets. Moreover, the differential method for the light polarisation detection is widely used in the animal world.     

A novel method of camera pose estimation by parabolic motion

Camera pose estimation is a basic and crucial problem in computer vision, accordingly a novel method is proposed for pose estimation based on parabolic motion in our paper. Firstly, the intersection of lines which are the image plane projection of free-falling trajectories in different locations is computed. According to the properties of vanishing point, the intersection is defined as the vanishing point in gravity direction. Secondly, the image plane projected curve of parabolic trajectory is obtained by Sampson Approximation. Finally, the camera pose is estimated by employing the projective geometry properties of vanishing point and vanishing line implicated in the projected parabola, provided that the intrinsic parameters of camera are specified. The absolute Euclidean distance of translation is obtained innovatively with the known frame frequency. Numerical simulation as well as practical experiment in this paper demonstrates the correctness and feasibility of our method, with the known frame frequency, as the experiment show that compared with the traditional checkerboard method the mean errors of rotation axis, rotation angle and translation are respectively 0.017 rad, 0.007 rad and 11.650 mm by our method. It can generally satisfy the accuracy requirements of camera.