结构光与双目视觉相结合的三维测量

在三维测量技术中,传统的双目立体视觉方法计算量大,对没有明显特征的图像,匹配精度较低。本文将基于结构光的三维测量技术与双目成像技术相结合,解决了特征点搜索的困难,提高了测量的精度。与传统结构光成像技术相比,采用常规的双相机立体标定,不需要进行投影仪标定,降低了系统的复杂性,提升了系统的可操作性和灵活性。最后,运用该技术进行三维测量实验,测量结果表明了该技术的可行性。     

基于格雷码和多步相移法的双目立体视觉三维测量技术研究

传统的被动式双目立体视觉三维测量技术,具有操作简单,使用灵活方便,相机标定技术成熟的优点,但是对于特征点稀疏图像,寻找匹配点困难,匹配精度低。编码结构光测量方式通过向待测物体投射特定的编码图案,获取编码图像进行解码求解物体的三维信息,具有着测量精度高,速度快的优点,但是存在着投影仪标定精度低,实现难度大的缺点。提出了将双目立体视觉和编码结构光相结合的三维测量方法,在完成双目校正的基础上,向待测物体投射格雷码图案和多步相移图案,给予被测物体容易识别和可控制的特征信息,最后求取物体的三维信息。而且通过实验论证了投射多步相移图案比起4步相移图案,测量精度更高,能够更好的体现物体细节。     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光测量系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响;首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

双目立体视觉系统的精度分析

为提高双目立体视觉系统的测量精度,分析双目视觉系统的工作原理以及该系统各个环节的误差模型.通过提高标定模板的精度、增加标定图像,可以减小标定误差及图像校正行对齐误差.分析图像识别误差对视觉系统测量精度的影响,导入视觉系统的结构参数与测量误差之间的关系,从而确定结构参数对测量精度的作用.讨论物距对测量精度的影响,并给出合...     

基于双目视觉的物体尺寸测量系统

提出了一种基于双目视觉的物体尺寸测量系统,用于非接触式测量物体尺寸。该系统采用张正友棋盘标定法进行双目相机标定,并利用标定参数对采集的图像进行校正。通过采用图像分割技术和角点检测算法获取待测物体的特征点。通过立体匹配算法对校正图像进行处理,得到视差图。根据三角形相似性原理计算特征点的三维坐标,计算出物体尺寸的信息。实验结果表明,该系统具备较高的测量精度,具有一定的实用性和应用前景。     

基于彩色圆形标记投射的投影仪标定方法

提出了一种新的用于单相机单投影仪结构光三维重建系统的投影仪标定方法。该方法首先使用投影仪将便于辨识的彩色圆形标记投射到标定板上,再使用相机采集含有圆形标记的标定板图像,通过彩色图像分割和椭圆检测,从采集的图像中提取出用于投影仪标定的圆形标记的特征信息,然后利用已标定的相机模型反向投影求解出圆形标记中心的世界坐标,最后根据光路可逆原理,将投影仪看作是逆光路的摄像机,用标定相机的方法对投影仪进行标定。实验表明,该方法不使用特殊的标定设备便可完成投影仪的标定,并达到与同类方法相当的精度,因而具有实用性。     

仿生眼运动视觉与立体视觉3维感知

为使机器人同时具备双目立体视觉和单目运动视觉的仿人化环境感知能力,克服双目视场狭窄、单目深度感知精度低的缺陷,本文基于人眼结构特点,设计了一个具有4个旋转自由度的双目仿生眼平台,并分别基于视觉对准策略和手眼标定技术实现了该平台的初始定位和参数标定.给出了基于外部参数动态变化的双目立体感知方法和单目运动立体感知方法,前者通过两架摄像机实时获取的图像信息以及摄像机相对位姿信息进行3维感知,后者综合利用单个摄像机在多个相邻时刻获取的多个图像及其对应姿态进行3维感知.实验结果中的双目视觉相对感知精度为0.38%,单目运动视觉相对感知精度为0.82%.本文方法不但能够有效拓宽传统双目视觉的感知视野,而且能够保证双目感知和单目运动感知的准确性.     

基于双目结构光视觉的煤流量测量研究

在常规的双目视觉系统中,常用的加速稳健特征和尺度不变特征转换匹配算法对图像质量要求高,针对煤炭这种颜色纹理比较单一的场景应用时容易失效,且需要消耗大量的计算资源,难以保证实时性;激光雷达在进行煤流量测量时,有效视场范围较小,对应的测量点数较少,扫描频率也较低,在带式输送机运行速度较快时,精度会大幅降低。针对上述问题,提出一种基于双目结构光视觉的煤流量测量方法,将线结构光引入双目视觉系统,利用线结构光的约束,将图像特征点匹配简化成左右2幅图像行之间的匹配。在保证双目系统相机光轴平行度的基础上,采用对应行匹配计算三维坐标点,提高采样频率和分辨率,进而提高煤流量测量精度,降低测量系统对光照和环境的依赖。点云获取：利用线结构光凸显煤料截面曲线,提取煤料截面中心线的图像坐标,利用双目相机获取左右煤料截面线结构光图像,建立双目结构光三维重建模型,左右图像中心线坐标构成匹配点对参与计算煤料截面三维坐标,实现点云的实时获取。煤流量计算：利用空载胶带截面点云和负载胶带截面点云,结合获取煤料点云,利用微元法对煤料三维点云进行采样,分别利用均匀网格化法和三角网格化法求取单位时间内的煤料体积,实现带式输送机煤...     

基于双目立体视觉的视差测量

双目立体视觉是计算机视觉研究最重要的组成部分之一.该文旨在构建一个双目视觉系统用来测量相机与物体的距离.通过双目相机进行图像采集,使用Matlab Calibration Toolbox工具对相机标定,然后进行左右图像校正,最后对校正的图像进行立体匹配,得到被测物体的视差图及其物体的3D坐标.实验表明:这个方案具有可行...     

基于伪随机阵列和正弦光栅的结构光标定

针对投影仪-摄像机结构光系统标定精度低的问题,提出一种基于伪随机阵列与正弦光栅结合的标定算法。该方法直接对标定板角点进行编码,根据角点在不同坐标系下的点对关系求解系统参数,提高了传统的编码精度和结构光系统标定精度。在正弦光栅条纹中心处投射伪随机阵列,根据伪随机阵列窗口的唯一性和相移法可求出正弦光栅的真实相位;分别在水平和竖直方向投射正弦光栅,根据不同方向的真实相位值形成对标定板角点的唯一编码;根据编码值获得标定板角点在投影仪像平面、摄像机像平面和世界坐标系下对应点集,根据相机标定算法可得到投影仪、相机的内外参数。该方法直接对标定板角点高精度编码,求解世界坐标点和像素坐标点的对应关系,仅需要普通棋盘格标定板可实现高精度标定。实验结果表明最大反投影残差为0.7像素,棋盘格角点重建均方差为0.08 mm。     

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。     

针对多投影仪显示墙画面校正的图像对准技术

针对多投影仪显示墙画面校正问题中相机与投影仪间图像对准问题,提出一种基于自适应细分网格的稀疏对应点加密方法,可以得到任意光滑屏幕上投影图像与相机图像间的像素级对应关系。该方法利用改进的自适应4点插值细分曲线思想构造细分网格方法,可以将投影仪图像与相机图像间稀疏对应点网格加密到任意精度,从而建立从相机到投影仪图像间的像素级一一映射关系,为多投影仪显示墙系统的几何和色彩校正提供精确的图像对准基础。与现有算法的对比分析和虚拟机场塔台仿真系统中的实际应用表明,该方法具有较高的图像对准精度,并且无显式的需求投影仪、投影屏幕和相机的内部参数。     

Flexible calibration of structured-light systems projecting point patterns

Structured-light systems (SLSs) are widely used in active stereo vision to perform 3D modelling of a surface of interest. We propose a flexible method to calibrate SLSs projecting point patterns. The method is flexible in two respects. First, the calibration is independent of the number of points and their spatial distribution inside the pattern. Second, no positioning device is required since the projector geometry is determined in the camera coordinate system based on unknown positions of the calibration board. The projector optical center is estimated together with the 3D rays originating from the projector using a numerical optimization procedure. We study the 3D point reconstruction accuracy for two SLSs involving a laser based projector and a pico-projector, respectively, and for three point patterns. We finally illustrate the potential of our active vision system for a medical endoscopy application where a 3D cartography of the inspected organ (a large field of view surface also including image textures) can be reconstructed from a video acquisition using the laser based SLS.     

一种新的相位法三维轮廓测量系统模型及其标定方法研究

传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.     

基于二值几何编码图案的高精度结构光系统参数标定方法研究

该文提出了一种基于空间编码图案的结构光系统参数标定方法。与传统的基于棋盘格图案标 定策略不同的是,该文采用结构光编码图案实现了系统的高精度标定,具体实施步骤包括：(1)根据编码图案的几何分布特性提出了一种编码特征点检测算子,基于检测出的编码特征点构建拓扑结构,利 用仿射变换原理及双线性插值算法提取出编码几何元素图像;(2)将几何元素识别转化为监督分类问题,通过采集大量训练样本训练卷积神经网络,实现编码元素的准确识别和解码过程;(3)利用射影变 换原理建立相机像平面与投影机像平面之间的对应关系,利用此对应关系将标定板上棋盘格角点在相机像平面上的坐标转换至投影机像平面,最终实现了对相机和投影仪内外部参数的同时标定。标定结果显示,该方法对投影仪的标定重投影误差不超过 0.3 像素;三维重建实验结果显示,与传统标定方法相比,该文方法能够显著提升系统的标定和三维重建精度。     

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.     

基于多目立体视觉的试件飞行运动速度测量方法研究

为了测量试件的飞行速度,提出了一种基于多目立体视觉技术的飞行运动速度测量方法。首先研究了多目相机的标定方法,然后通过图像匹配的方法来获取各个相机图像中目标点的图像位置,最后根据各个相机的内部和外部参数,重建得到被测试件的三维坐标,结合相机的拍摄速度,计算出试件的飞行速度。结果表明：该方法可以较为准确的测量出试件在整个飞行过程中的运动速度,且具使用灵活,操作方便等特点。     

动态船舶行驶场景下的实时单目测距算法研究

为了利用单目视觉实时监测船舶行驶过程中与周围船舶之间的距离,首先分析单目视觉测距现状及其成功应用实例,基于小孔成像原理建立单目相机模型,通过几何推导,得到世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系及像素坐标系之间三层坐标转换关系.随后通过实验验证pitch俯仰角与yaw水平角对单目视觉测距的影响程度,从而分析出动态船舶行驶场景...     

基于图像处理的株高无损测量方法研究

为了在定量化研究植物株高过程中实现无损测量,同时降低户外植物生长监测的硬件成本,方便设备安装和操作,依托立体视觉技术,提出了一种基于图像处理的株高无损测量方法.以测量棉花株高为研究对象,首先,在棉花生长无损监测系统中,通过标定后的单个摄像机获取棉花植株图像,在二维图像空间将棉花株茎简化成两个关键点坐标,然后利用摄像机参数矩阵以及对两个关键点的约束条件,获得植株在世界坐标系中的三维信息,从而获得植株高度.实验结果表明,该算法在进行植株高度测量时,其误差范围可以控制在5 mm以内,该方法是可行的、有效的.