大尺寸视觉测量中传感器误差对标定精度的影响分析

要实现大尺寸视觉测量,需要对相机进行精确的标定,确定其内外参数。传统的基于3D靶标的两步法精度较高,但是计算前需要给定像元尺寸和主点位置等参数。为了研究这些参数对标定精度的影响,采用对比实验的方法,分析了2000mm测量距离内,参数误差引起的标定及测量误差。实测结果表明,相同条件下,像元尺寸误差的要比主点位置误差会对三坐标测量结果产生更大的影响。     

基于激光跟踪仪的多目视觉全局标定算法研究

全局标定是大尺寸检测系统中多目视觉完成数据融合非常重要的一个环节。通过特定的双目立体视觉标靶板结构,在完成双目立体视觉标定前提下,通过激光跟踪仪及相关视觉算法,完成多目视觉下的全局标定,并将该技术应用于大型轨道客车车身关键尺寸检测场景中,通过实验分析,该全局标定算法具备了良好的健壮性,提高了大型轨道客车车身关键尺寸检测现场适应性,提高了检测效率及精度。     

一种结合激光测量与视觉检测的尺寸测量方法

为了简化传统的视觉检测中对测量系统进行的复杂重复标定过程,将激光测量应用到视觉检测中,结合激光测距获得的距离参数与光斑图像检测得到的相关参数,进行精密尺寸测量。为进一步提高测量精度,以椭圆最小二乘拟合法为基础,提出了一种检测光斑中心距的亚像素级定位算法。根据该测量方法设计了尺寸测量系统,进行了若干测量精度实验。结果表明,该方法对目标尺寸测量的相对精度优于0.1%,满足工业化需求,亦可推广至对动态目标的位移测量。     

石英摆片视觉测量系统亚像素精度标定方法

在以图像测量技术为核心的石英摆片平面几何参数检测系统中,视觉测量系统标定精度是保证石英摆片平面几何参数高精度测量的前提。为此,引入Sobel算子和Zernike矩图像处理技术实现测量系统高精度标定。该方法利用预先设计的标准图片,对视觉测量系统进行标定。由Sobel算子对标准图片中的控制点进行单像素精度的初始位置定位,在此基础上,利用Zernike矩亚像素定位算法实现对控制点的精确定位。实验结果表明：该方法可以对行列方向同时进行标定,标定精度可达1／30像素以上。     

显微立体视觉小尺度测量系统的标定

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法,提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先,通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物,并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后,基于非参数化的光学畸变模型,采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场,并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后,利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置,验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数,并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明,采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%,能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。     

光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

高速列车动态包络线测量一种现场快速标定方法（英文）

列车动态包络线是评定列车安全运行的一项重要指标,基于双目立体视觉的方法是目前能够实现速度超过200km/h列车动态包络线测量的唯一方法。因受到大视场和标定时间的严格限制,便携的标定设备、易于搭建的靶标和快速的标定算法便成为标定过程需要满足的三个条件。本文提出一种新的基于双目立体视觉的大视场现场快速标定方法,设计轻型便携靶标,靶标上40个反光标记点表示铁轨坐标系,并用于计算双相机内外参数。并且,双相机仅需同时拍摄一张靶标图像,就能实现双相机内外参数快速一体化标定。实验结果表明,该方法测量精度可达±1 mm,能够满足高速列车动态包络线测量现场标定要求。     

高速列车动态包络线测量一种现场快速标定方法

列车动态包络线是评定列车安全运行的一项重要指标,基于双目立体视觉的方法是目前能够实现速度超过200 km/h列车动态包络线测量的唯一方法.因受到大视场和标定时间的严格限制,便携的标定设备、易于搭建的靶标和快速的标定算法便成为标定过程需要满足的三个条件.本文提出一种新的基于双目立体视觉的大视场现场快速标定方法,设计轻型便携靶标,靶标上40个反光标记点表示铁轨坐标系,并用于计算双相机内外参数.并且,双相机仅需同时拍摄一张靶标图像,就能实现双相机内外参数快速一体化标定.实验结果表明,该方法测量精度可达±1 mm,能够满足高速列车动态包络线测量现场标定要求.     

一种基于立体模板的双目视觉传感器现场标定方法

给出了一种基于立体标定模板的双目视觉摄像机内、外部参数现场标定方法.该方法采用理想小孔模型忽略摄像机镜头的非线性畸变,把透视变换矩阵中的元素作为未知数,在已知一组三维空间特征点坐标及其对应的图像点坐标时,利用线性算法求解出透视变换矩阵中的各个元素,进而得到所需的参数.最后采用立体标定模板对该标定算法进行了实验验证,用标定完成的立体视觉传感器对已知长度进行测量,相对精度达到了0.02%,取得了较为理想的结果.结果表明:该方法由于无需迭代,因此计算速度快,在测量现场只需摆放一次标定模板即可完成标定,可高精度地实现摄像机内、外部参数的现场标定.     

轮对综合参数光电自动检测系统

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于光电检测技术的轮对综合参数自动检测系统。该系统运用精密激光位移传感及数字图像处理方法，并结合精密运动控制，实现了轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、轮对内侧距、轮辋厚度、轮辋宽度等主要尺寸参数，以及踏面擦伤和剥离等表面缺陷的非接触自动检测。该系统的尺寸参数测量精度为0．2mm，擦伤深度测量精度为0．1mm，剥离长度测量精度为1．0mm。现场实验结果表明，系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。     

网络式激光扫描空间定位系统标定技术研究

为了满足装备制造业现场超大尺寸测量的要求,研究基于激光扫描的多站网络式空间定位系统,重点研究其标定方法和算法.根据系统的测量原理,系统的几何结构特点,建立几何模型,提出借助辅助设备以及已知控制点的离线一体化标定方法,一次标定过程即可求出内外参数,直观验证了系统可行性.以此为基础,为提高精度,改善标定工作的适应性,研究并建立系统的解析模型,通过优化参数分类,将内参数加以巧妙调整,增加了初始旋转角参数在外参标定中求解;设计低精度辅助靶标,建立各站与靶标的粗略坐标系转换关系,从而实施简便有效的初值自估算方法,最终实现了基于平差的现场全局定向算法.试验证明:相比一体化方法,平差标定快速、实用,精度高.系统测量精度达到0.1 mm,可满足大多数工业及军工现场使用的要求.     

线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法

线结构光三维视觉与三坐标测量机(CMM)测量系统的集成能够实现对复杂零件表面快速高精度的测量。系统的标定是实现集成测量的关键步骤,包括摄像机内外参数标定,光平面结构参数标定和两个测量系统测量坐标的全局统一。提出了线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法,首先采集多幅不同位姿下带有光条纹的2D靶标图像,然后利用CMM接触测头测量得到某一位姿2D靶标角点在CMM坐标系下的世界坐标,利用交比不变原理求取靶标上特征点的三维坐标,进而求取线结构光视觉传感器测量参数和线结构光传感器测量数据到CMM坐标系下的转换矩阵,实现一次数据采集完成集成系统所有测量参数的标定,标定方法简单且精度和效率较高。     

基于一维靶标的结构光视觉传感器标定

针对结构光视觉三维测量模型参数的现场标定,提出一种基于自由移动的一维靶标(至少包含3个共线特征点,取其中之一为特征线的原点)的结构光视觉传感器标定方法.根据一维射影变换获取靶标上特征线的消隐点,并与摄像机投影中心确定特征线在摄像机坐标系下的方向矢量;基于特征点的长度约束及方向约束计算特征点的摄像机坐标,得到特征线的直线方程;利用射影变换和特征线的方程获得多个非共线的光条上控制点的摄像机坐标,将控制点拟合成光平面.试验表明,在一般试验条件下,一维靶标结构光参数标定方法可以达到平面靶标法的标定精度.相对于二维靶标,高精度大尺寸一维靶标加工制造容易,维护简单,更重要的是可以用于大尺寸结构光视觉测量的现场在线标定.     

基于成像光线空间追踪的摄像机标定方法研究

摄像机测量模型和标定方法是视觉测量的关键,直接影响视觉测量系统的测量精度。针对这个问题,借鉴非成像模型的摄像机校准的思想,提出了基于成像光线追踪的摄像机标定方法。分析测量点经摄像机镜头成像的规律,通过空间直线确定摄像机图像坐标与测量空间的映射关系。使用像平面和两个空间平面的映射关系,建立空间直线表达方式,完成基于成像追踪方法的摄像机测量参数标定。通过噪声分析和精度测量实验对基于成像追踪的摄像机标定方法进行精度验证,实验结果表明该方法可以有效抑制标定数据噪声对测量结果的影响,提高摄像机标定精度。     

双目立体视觉测量系统的标定

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定,但是标定精度较低,故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物,仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程,即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定;同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明:该方法标定精度能够达到0.51%,可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难,以及摄像机自标定过程中算法冗杂,标定精度不高等问题,该方法操作简便,精度较好,适用于大视场双目测量系统的在线标定。     

一种基于机器视觉的机器人标定方法

机器人标定是离线编程技术实用化的关键技术之一.提出了一种基于机器视觉的机器人标定方法,利用双目视觉测量机器人上的目标点,通过目标点位置的测量撮出机器人的关节轴线,根据相应的运动学模型求出机器人的几何参数,并解决了在测量过程中摄像机视野小的问题.实验结果表明该方法能够实现机器人几何参数的标定,提高了机器人的绝对精度.     

面向行人检测的异构视觉传感网络自适应标定

异构视觉传感网络的标定是实现准确行人检测、跟踪、识别以及行为分析的关键和前提,对公共安全和智能安防具有重要意义。本文提出了一种面向行人检测的异构视觉传感网络自适应标定方法。首先,构建主动旋转变焦(PTZ)传感节点变焦成像模型,采用基于SURF特征点匹配的方法实现内参数自标定。其次,构建外参数分布式标定模型,将异构视觉传感网络外参数标定分解为节点局部标定和网络全局标定,从而避免采用单一中心节点进行集中式处理,提高方法的可扩展性;最后,为了提高标定精度,采用自适应混沌微粒群优化算法最小化内、外参数估计的再投影误差和轨迹匹配误差。实验结果表明,本方法有效降低了网络通讯量和标定误差,提高了异构视觉传感网络行人检测精度,具有重要的理论和实际应用价值。     

三维视觉检测与结构光传感器的标定

本文从一般的视觉概念和方法出发，探讨一种应用于坐标尺寸测量的视觉检测方法。文中介绍了常用的传感器及其结构参数的标定方法。经现场对轿车白车身的测试，重复性误差Ｓ＝０．０５ｍｍ；与三坐标测量机比结，示值误差小于０．１５ｍｍ。     

大视场双目视觉传感器的现场标定

分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,针对大视场视觉测量应用,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法.在测量空间内任意多次摆放基线尺,由两摄像机拍摄基线尺图像.利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化相结合的方法同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数.该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数.实验结果表明,该方法适合双目立体视觉传感器的现场标定,在6 000 mm×4 500 mm的范围内可以得到0.06 mm的测量精度.     

构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉标定

为了提高立体视觉系统在大视场下的测量精度,基于误差溯源思想提出了一种构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉系统标定方法,克服了大尺寸高精度标定物难以制造等问题。对影响立体视觉系统测量精度的主要因素进行分析,列出视觉测量系统的误差溯源链,解析了大视场视觉系统精度瓶颈的原因。借助激光跟踪仪,运用非线性最小二乘单位四元数算法求解坐标系刚体变换,获取大范围高精度的空间点阵,构建虚拟靶标。在相机畸变模型中考虑了三阶径向畸变和二阶切向畸变参数,并使用Levenberg-Marquardt迭代算法进行标定参数求解,进一步提高系统精度。实验构建了一套测量空间约为4m×3m×2m的双目立体视觉系统,通过对某型号高精度直线导轨进行点距测量,在测量距离3m处,152组不同长度的横向距离测量的误差算术均值为-0.003mm,误差标准差为0.08mm。测量精度相较于传统的平面标定法有较大提升。