二轴转台测角法用于线阵相机几何参数标定

目的 目前对线阵相机的几何参数标定方法比较少,而且已有标定方法都需要特殊、高精度要求的设备,为此提出一种基于二轴转台测角法的线阵相机标定方法,通过简单的设备高精度求取线阵相机的内参数和畸变参数。方法 通过简化面阵相机成像模型,建立线阵相机成像模型且推导出参数计算公式,提出测角法标定流程并设计了专门的标定板,利用图像边缘检测得到标定板黑白条纹的边缘点坐标,结合二轴转台的角度信息,代入成像模型中,主要采用最小二乘法和迭代优化算法,求取线阵相机的内参和畸变参数。同时指出了该方法的适用性和标定精度依赖于转台精度、镜头视场角和感光器件分辨率。结果 对3只不同焦距的镜头进行标定实验,分析了内参数和畸变参数迭代优化过程,焦距的标定精度优于5 μm、主点的标定精度优于3 μm,与其他文献中高成本方法进行相比,处于同一数量级。结论 提出一种新的线阵相机几何参数标定方法,该方法利用低成本二轴转台和黑白条纹标定板即可高精度标定出线阵相机几何参数。该方法的适用性依赖转台精度、镜头视场角和感光器件分辨率,对于步长为0.012 9°的转台和分辨率为1 436的线阵相机,最多只能标定焦距为16 mm的镜头,而焦距更长的镜头需要更高精度的转台。     

理想投影椭圆约束下的鱼眼镜头内部参数标定

目的 鱼眼镜头是发展轻、小型全方位视觉系统的理想光学传感器,但由于镜头焦距短、视场大及光学原理约束,鱼眼图像存在严重畸变,为此提出一种高精度、应用方式灵活的鱼眼镜头内部参数标定方法,以期将鱼眼图像转换成符合人眼视觉习惯的平面透视投影图像。方法 从球面透视投影模型出发,首先分析给出空间直线在水平面上的理想投影椭圆约束,进而结合椭圆严格几何特性建立误差方程对鱼眼相机等效焦距f,纵横比A及径向畸变参数k₁,k₂进行最小二乘估计,最后利用估计参数对鱼眼图像进行立方盒展开实现平面透视纠正目的。结果 对某型号定焦鱼眼相机的棋盘格影像多视标定及网上鱼眼图像单视自标定结果表明,本文方法标定参数对鱼眼图像不同区域的平面透视纠正效果稳健、精度高。多视标定参数均方根误差（RMSE）约0.1像素,纠正影像上直线拟合误差RMSE约0.2像素,总体效果略优于对比文献方法;单视自标定参数误差RMSE约0.3像素,影像纠正范围、直线透视特性保持明显优于对比文献方法及商业软件DXO（DXO Optics Pro）。结论 本文方法标定参数少、计算过程简单且对标定参照物要求不高,对于具有大量直线的人工场景理论上可实现自标定,应用价值较高。     

基于Matlab与Opencv的视差图获取研究

立体视觉技术是计算机视觉领域的经典课题,双目立体视觉是立体视觉领域的热点。本文首先介绍了常用的摄像机标定方法,选取了基于平面模板的标定方法,应用Matlab标定工具箱对左右摄像机同时拍摄的10组照片进行角点提取,双目标定等工作。最后将标定结果导入Opencv进行极线校正和立体匹配,应用立体匹配算法SGBM生成视差图。     

GPU近实时线性双目立体代价聚合

目的 近年来双目视觉领域的研究重点逐步转而关注其“实时化”策略的研究,而立体代价聚合是双目视觉中最为复杂且最为耗时的步骤,为此,提出一种基于GPU通用计算(GPGPU)技术的近实时双目立体代价聚合算法。方法 选用一种匹配精度接近于全局匹配算法的局部算法——线性立体匹配算法(linear stereo matching)作为代价聚合策略;结合线性代价聚合的原理,对其主要步骤(代价计算、均值滤波及系数求解等)的计算流程进行有针对性地并行优化。结果 对于相同的实验样本,用本文方法在NVIDA GTX780 实验平台上能在更短的时间计算出代价矩阵,与原有的CPU实现方法相比,代价聚合的效率平均有了数十倍的提升。结论 实时双目立体代价聚合方法,为在个人通用PC平台上实时获取高质量双目视觉深度信息提供了一个高效可靠的途径。     

双目立体视觉中的摄像机标定技术研究

以张氏标定方法为基础,提出以圆心作为标定点的2D平面模板标定方法,通过与基于方格角点的标定方法以及基于方格形心的标定方法进行比较,证明了该方法的有效性。又运用BP神经网络来模拟立体视觉系统三维空间与二维图像平面之间的物、像对应关系,建立了双目立体视觉系统的摄像机隐式标定模型,避免了因数学模型的不完善而带来的系统误差。实验证明该方法能够获得较高的标定精度。     

Kinect传感器的彩色和深度相机标定

目的 针对现有的Kinect传感器中彩色相机和深度相机标定尤其是深度相机标定精度差、效率低的现状,本文在现有的基于彩色图像和视差图像标定算法的基础上,提出一种快速、精确的改进算法。方法 用张正友标定法标定彩色相机,用泰勒公式化简深度相机中用于修正视差值的空间偏移量以简化由视差与深度的几何关系构建的视差畸变模型,并以该模型完成Kinect传感器的标定。结果 通过拍摄固定于标定平板上的标定棋盘在不同姿态下的彩色图像和视差图像,完成Kinect传感器的标定,获得彩色相机和深度相机的畸变参数及两相机之间的旋转和平移矩阵,标定时间为116 s,得到彩色相机的重投影误差为0.33,深度相机的重投影误差为0.798。结论 实验结果表明,该改进方法在保证标定精度的前提下,优化了求解过程,有效提高了标定效率。     

结构光测量系统的投影仪标定方法研究

传统单目视觉结构光测量系统通过解相位间接计算被测物的高度信息,系统约束性过强、不易操作、且标定精度较低.将双目立体视觉原理引入单目结构光视觉测量系统,根据投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,将投影仪当作一个逆向的相机,建立了投影仪模型,使用成熟的相机标定算法对投影仪进行标定.再配合四步相移法和基于多频外差原理的时域相位展开法,实现条纹图像的快速精确解相位.相对于传统的单目视觉结构光测量系统,本方法具有单目视觉系统操作简单、鲁棒性强的特点,同时也可以达到双目视觉测量的精度.实验结果表明,这种方法的投影仪标定精度达到了实际应用的要求.     

双目立体视觉系统的非线性摄像机标定技术*

针对双目立体视觉的工业检测精度和实时性要求,采用LENZ畸变模型建立基于面阵CCD的双目成像几何模型,分析了成像模型的内外参数及针孔模型的局限性,提出改进的双目立体视觉系统摄像机两步标定方法。利用HALCON标定板及函数库平台,采用亚像素精度的边缘提取和椭圆拟合算法精确获取标定点,以建立像点与空间点的对应关系,并对标定参数进行非线性优化。实验证明该标定算法灵活准确,并具有良好的可扩展性。     

双目视觉的立体标定方法

为实现双目视觉系统的立体标定,分析了摄像机成像模型,并充分考虑了透镜的径向畸变和切向畸变,提出了一种新的立体标定算法。该算法利用张正友的灵活标定算法,初步求取摄像机的内参数,结合Brown算法并提取图像中角点的子像素级坐标,精确求取摄像机内参数和畸变向量。为方便后续的图像校正,基于前面的单个摄像机标定,通过计算空间中的景物点在左右摄像机成像平面上的位置关系,计算出双目视觉系统中两个摄像机之间的旋转矩阵R和平移向量T,从而实现了立体标定。实验结果表明,该算法能取得较高的精度,可以应用于双目视觉系统。     

基于激光与立体视觉同步数据的场景三维重建

本文介绍了一种利用移动机器人的激光信息和立体视觉信息实现室内外场景三维重建的方法。推导了激光与视觉采样点的配准关系。通过改变黑色三角形标定板的位置和姿态,选取足够的观测次数以获得足够的观测样本,使用高斯牛顿迭代方法进行估计,得到二维激光扫描仪与立体相机之间的变换矩阵。使用双目立体视觉里程计进行定位,采用八叉树算法存储和查找点,删除冗余点,得到场景的三维模型显示。实验证明本文所提出的方法有效地解决了室内外场景三维重建的基本问题。     

利用双目视差理论的摄像机参数标定方法

针对龙眼和荔枝采摘机械手的目标获取问题,文章提出了基于双目立体视觉的摄像机标定的实验系统。实验系统是采用双目视差原理来获取深度信息的标定模型,通过对不同距离的标定板上已知特征点的图片获取和数据处理和分析,确定了两摄像机之间的最佳基线距离,在此基础上进一步验证了采摘目标的深度信息与摄像机的焦距有关的理论,并获得摄像机的合理焦距,为采摘机械手定位提供了基础理论研究依据。     

基于共面靶标双目立体视觉传感器标定

根据双目立体视觉传感器的特点,提出了一种基于共面靶标的双目立体视觉传感器的标定方法.在不需要外部测量设备的情况下,通过共面靶标在平面上自由移动,获得靶标的标定点图像坐标,利用类似于Dr.Janne Heikkil(a)和Dr.Olli Silven所提出来的摄像机内部参数标定模型,采用线性和非线性结合的方法对双目摄像机进行摄像机内部参数的标定.试验结果表明,标定参数与出厂参数有一定的差异,但和实际情况还是吻合的,并且标定方法操作简便,切实可行.     

一种基于弹道曲线模型的脱靶量测试方法

针对传统的脱靶量测试设备体积庞大、不便移动且测试成本高等缺点,提出了一种基于弹道曲线模型的双目立体视觉的脱靶量测试方法。研究了摄像机的成像模型及坐标系变换,分析了摄像机标定的一般方法,构建了摄像机标定模型,并推导了标定参数的表达式。基于双目立体视觉测试技术设计了弹道曲线模型的弹丸脱靶量测量系统,其测量过程简单且标定结果稳定,可实现弹丸运动目标的快速检测,通过对运动目标的空间定位和轨迹拟合实现了脱靶量的测试。实验结果表明:弹道直线模型和曲线模型均能简便地求解飞行弹丸脱靶量,后者比前者更贴近实际弹丸飞行轨迹,可获得更高精度的脱靶量,弹道曲线模型的脱靶量平均绝对误差(MAE)比直线模型降低了大约一半。     

基于投影仪和摄像机的结构光视觉标定方法

为实现基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统连续扫描,需要计算投影仪投影的任意光平面与摄像机图像平面的空间位置关系,进而需要求取摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系。求取摄像机的内参数,在标定板上选取四个角点作为特征点并利用摄像机内参数求取该四个特征点的外参数,从而知道四个特征点在摄像机坐标系中的坐标。利用投影仪自身参数求解特征点在投影仪坐标系中的坐标,从而计算出摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系,实现结构光视觉标定。利用标定后的视觉系统,对标定板上的角点距离进行测量,最大相对误差为0.277%,表明该标定算法可以应用于基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统。     

基于PnP问题求解的摄像机标定

三维人脸识别中,双目成象系统是初始工作中极为关键的一步.本文引入了PnP问题讨论双目成象系统中摄像机的标定算法.本文提出解出P4P问题的唯一解,即确定摄像机的标定,该方法简单快捷.最后本文给出具体标定过程.     

双目视觉测量系统摄像机外部参数标定研究

针对双目立体视觉测量系统中摄像机标定问题,讨论了基于标准长度的外部参数标定方法,选定了摄像机透视投影模型,采用双摄像机同时对放置于视场内的十字靶标拍摄多幅图像,得出了基于LabVIEW开发的摄像机标定方法.该方法利用了LabVIEW的开发环境,使用了数学工具包,将遗传算法与LM算法相结合,优化迭代获得摄像机外部参数,运算速度和精度大大提高.开发的模块可用于基于LabVIEW开发的工程软件进行高精度尺寸现场测量.在双目立体视觉测量系统标定结果基础上对标准靶进行测量,测量结果标准差达到0.1.     

双目立体视觉的目标识别与定位

双目立体视觉系统可以实现对目标的识别与定位.此系统包含摄像机标定、图像分割、立体匹配和三维测距4个模块.在摄像机标定部分,提出了基于云台转角的外参数估计方法.该方法可以精确完成摄像头旋转情况下外参的估计,增强了机器人的视觉功能.并利用广茂达机器人系统,基于改进的双目视觉系统进行目标识别与定位,以此结果作为依据控制机器人的手臂进行相应运动,最终实现了对目标物体的抓取,验证了提出方法的可行性.     

基于PSD传感器的炸点三维坐标测量方法研究

针对野外炸点空间三维坐标测量的问题,提出了基于二维PSD位置传感器的炸点位置测量方法,构建了基于二维PSD位置传感器的炸点三维坐标测量系统;基于双目视觉原理建立了炸点空间三维坐标测量数学模型;研究了被动探测系统在野外远距离下的标定技术;通过系统误差分解传递,分析了各参数的误差;在Matlab中分别绘制了炸点位置坐标3个维度的误差分布图,并分析了测量系统误差随炸点实际位置变化的分布情况;根据误差分布图得到了在理论100 m测试距离下X坐标最大测量误差约为0.292～0.303 m,Y坐标最大测量误差约为0.251～0.371 m,Z坐标最大测量误差0.270～0.336 m;最后通过静爆实验对测量方法正确性、被动探测系统标定技术可行性和测量系统功能性进行了验证,结果表明测量系统响应速度快且功能正常,被动探测系统标定技术具备可行性且操作方便,可适用于野外炸点位置的快速测量。     

基于长基线双目系统的信号弹高度测量方法

针对信号弹测量的实际需求,增加了现有双目视觉系统的基线长度。使用标准尺寸的特征物来搭建外参数标定系统,利用最小二乘法拟合特征物轮廓,提取特征点像素坐标,建立约束方程组;使用LM优化算法分别计算出两相机与标定系统的旋转量与平移量,进而求解两相机之间的外部参数。利用五帧差分法提取信号弹目标,最终获得信号弹飞行高度。试验证明,该方法测量精度高,鲁棒性较好。