上下边缘区分的平面钣金零件尺寸测量方法

针对钣金零件轮廓尺寸高精度测量面临尺度增大造成的测量精度下降问题,提出了准确获取零件上表面的边缘方法和厚度转换模型。首先,结合光学成像理论分析了背光光源下不同厚度钣金零件的边缘特性,提出厚度零件具有上下边缘特征,然后根据平板零件图像的边缘分布特征,采用Canny算子初定位边缘,用多项式拟合算法实现亚像素边缘精确提取,对含有上下边缘的轮廓提出平均距离法获得上表面边缘,并针对厚度引入的误差提出了厚度转换模型进行边缘修正,获取零件在标定平面上的真实边缘,最终结合标定数据求取零件尺寸。实验结果表明,在10.75 m2的视场内,1~5 mm厚、500 mm500 mm零件的测量精度达到了0.05 mm,满足了钣金加工测量的需求。     

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。     

边缘恢复的大尺寸平面零件测量方法

针对平面零件在背光源照射下成像存在伪边缘而造成测量精度下降的问题,提出了一种从被测物伪边缘中恢复准确边缘的测量方法。首先,采用Canny算子提取平面零件的像素边缘,在此基础上利用高斯曲面拟合算法实现亚像素边缘定位,得到伪边缘;然后,提出一种基于方向角差值的边缘点判别法从伪边缘中区分上下边缘点并提出欧氏距离平均值法获得被测物上边缘;最后,利用相似三角形法将上边缘转换到测量平面,结合摄像机标定参数求解平面零件的尺寸。实验结果表明,在1 200 mm800 mm的视野范围内,对不同厚度的平面零件进行尺寸测量,绝对误差小于0.08 mm,相对误差小于0.05%。     

基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量

提出基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量。利用带测头的摄像机拍摄二维正弦条纹,根据傅里叶分析提取的平面特征点全局评估摄像机位姿,进而测量测头的球心坐标。摄像机的位姿评估是条纹反向视觉测量的关键技术,在测头标定和坐标测量中均需要进行位姿评估。位姿评估的误差函数包括重投影误差和物空间误差两类,两者在基于平面的位姿评估中均存在两个局部极小值,采用全局位姿评估算法可以避免误差函数陷入局部极小以高精度获取摄像机位姿,完成测头标定和坐标测量。实验结果表明,该方法可以高精度测量物体的三维坐标。     

任意位姿平面靶标实现立体视觉传感器标定

提出一种基于任意位姿平面靶标的立体视觉传感器标定新方法。利用平面标定参照物，并允许其在测量空间内自由移动，结合镜头畸变的摄像机标定数学模型，实现传感器中摄像机标定；在立体视觉传感器三维测量模型基础上，引入特征点约束优化传感器结构参数，同时实现了传感器现场标定。该方法降低了标定设备的成本，灵活方便，切实可行。实验结果表明，该方法标定精度高，已标定传感器测量空间距离的相对误差优于0．3％。     

双目测量系统目标相对位置误差分析

目标特征点三维坐标的测量精度直接影响目标位姿的解算,准确确定影响目标位姿的误差因素,对各项误差进行合理分配及综合,是提高目标测量精度的关键。目前,像点提取精度、特征点匹配精度根据现有算法已达到瓶颈,而在摄像机内部结构及标定等方面提高测量精度还有较大的研究空间。通过建立成像点坐标测量方程,综合分析各误差因素对目标位置的影响。通过实验分析与仿真,摄像机内部结构误差及标定误差对成像点坐标的影响在一个像素内,当f=0.031 9 m,目标距离为20 m时,目标位置总体测量精度为0.029 4 m。对光学成像系统内部结构的设计及电子器件的选型具有较大参考价值。     

采用张量分解的四摄像机测量系统标定方法

摄像机标定是精密三维视觉测量的关键,为了实现对多摄像机测量系统的精确标定,首先分析了现有基于一维靶标的多摄像机标定方法的优缺点,并针对其不足,提出了一种基于张量分解的多相机标定方法,该方法主要包括以下三个方面的内容:(1) 利用透视投影成像模型和刚体变换理论建立多摄像机测量的数学模型;(2) 分析现有基于基本矩阵的多摄像机标定方法存在标定结果之间相互耦合的问题;(3) 将四摄像机测量系统的四焦张量引入标定过程中,利用一维标定靶标的成像点坐标求解的四摄像机测量系统的四焦张量,并根据四焦张量的简化求解方法来精炼获取摄像机矩阵。最后,通过实验验证了该方法的有效性和准确性,实验结果表明:(1) 四摄像机三维测量系统的标定可仅通过三组标定靶标图像即可实现,且标定操作效率相对于基本矩阵法更高;(2) 在4000 mm×4000 mm×2000 mm范围内,多摄像机测量系统的精度达到4 mm (3σ),相比于传统方法具有更精确的标定结果。满足室内运动目标位姿精确测量的要求。     

基于BP神经网络的姿态测量系统摄像机标定

针对摄像机标定过程中复杂的成像和畸变模型,利用误差逆传播(BP)神经网络对复杂非线性映射关系的强大逼近能力,对姿态测量系统中的摄像机进行隐式标定,建立了姿态测量中三维空间目标特征点与它在图像平面上像点间的映射关系,使姿态测量系统无须进行复杂的摄像机标定,直接恢复目标特征点的三维信息,从而计算得到目标姿态信息.结果表明,该方法对于空间点坐标恢复的均方根误差小于0.015 mm,可以获得较高的精度.     

基于同心圆光栅和契形光栅的摄像机自标定方法

提出一种利用同心圆光栅和契形光栅作为标定模板,基于正交方向消失点摄像机自标定的新方法。新方法利用相移条纹相位提取精度高的特性来求零相位特征点,避免了传统标记点提取误差给标定结果带来的影响。要求摄像机至少从6个方位拍摄标靶,采用四步相移得到光栅的截断相位并求解零相位交点,计算消失点从而解算出摄像机的内参数。根据模拟实验得到影响消失点标定精度因素的分析结果,制作了含有7个周期的同心圆光栅和4个周期的契形光栅。实际测量实验中分别用光栅靶标和灰度同心圆靶标进行相机标定,对比重投影误差,结果证明新方法提高了基于消失点标定算法的精度和稳健性。     

基于结构光的轮胎花纹深度测量系统研究

针对人工测量轮胎花纹磨损度效率低、精度差的问题,设计了一套基于线结构光的轮胎花纹深度测量系统。介绍了利用线结构光测量轮胎花纹深度的原理和系统结构,完成了摄像机内外参数、光平面和移动位姿标定。通过工业摄像机对光条图像进行采集,并采用灰度重心法提取光条中心,运用Halcon软件对光条图像进行三维重建,获得胎面的三维点云数据图,然后对其Z坐标图进行处理和分析,从而实现轮胎花纹深度的测量。试验结果表明,运用该测量系统能够对轮胎花纹进行360°测量,精度误差小于0.15 mm,该系统极大地提高了测量精度,可满足轮胎花纹深度在线测量的要求。     

基于激光扫描的人脸三维重建方法

针对人脸三维重建,基于RGB 激光扫描系统,提出了一种彩色三维重建方法。首先,以直接标定的方法,建立了数码相机采样图片的像素坐标系与世界坐标系的映射关系;利用相机拍摄的三色激光照明下的标准色板图像,标定了数码相机对三原色的感光曲线,即建立了相机三原色记录值与标准值之间的关系。然后,以人脸为目标,提出了从获取扫描数据到进行三维重建的完整方法。最后,经迭代法匹配,输出为通用的三维模型格式,实现了人脸在毫米量级上的三维重建。该方法简化了标定过程,算法简单,系统造价低,可推广至各种物件的三维扫描重建。     

基于系统空间结构约束的多线结构光条纹中心线提取方法

线结构光测量系统容易受到环境光干扰从而影响条纹中心线的提取.通过对系统空间结构约束的分析,文中提出一种多线结构光条纹中心线的提取方法.该方法分为标定和测量两个阶段,在标定阶段求出中心线的偏移量和偏移系数;在测量阶段中,分别在有环境光和无环境光时求得条纹中心线的三维世界坐标.通过平面和曲面拟合实验测量精度,并与Stege...     

基于热电偶动态校准的非线性拟合方法研究

为了提高热电偶动态校准的准确性,采用半导体激光器、红外探测器和被校准热电偶组成新的热电偶动态校准系统,分析了动态校准中红外探测器静态校准目的。根据反向传播神经网络原理,确定了反向传播神经网络的结构和参量,同时针对普通K型铠装热电偶进行了动态校准实验,得到红外探测器静态校准数据,由此数据采用最小二乘法和反向传播神经网络分别进行数据的非线性拟合,对两种方法的拟合结果进行了分析,并给出了拟合曲线。结果表明,在样本数据少、分布不均匀的情况下,反向传播神经网络拟合效果优于传统的最小二乘法,减小了由于数据拟合所带来的误差,能够更加准确地获得热电偶动态特性,实现热电偶动态补偿。这一研究结果对于热电偶动态特性研究具有重要的参考价值。     

热真空环境下二维尺寸视觉测量标定方法研究

针对热真空环境条件对视觉测量精度影响的问题,提出了一种新的基于像素当量的二维尺寸视觉测量系统实时标定方法。该方法采用光刻已知尺寸线条的石英标准件作为测量基准,利用一阶微分期望亚像素细分算法和最小二乘拟合,可实时获取较高精度的像素当量值从而减小环境误差。热真空环境下的实验结果表明,该方法可用于热真空环境下二维小尺寸视觉测量的标定。     

基于辅助相机的景深拓展三维重建技术研究

针对面结构光三维重建中,由于重建景深的限制导致待测物在超出重建景深后出现重建错误的问题,提出了一种基于辅助相机的景深拓展三维重建技术,并借助相位阈值自适应地对重建景深内外物体进行重建。采用四步相移与互补格雷码结合的方法获取绝对相位,通过多项式拟合法对相机、投影仪进行标定。提出了借助辅助相机建立超出重建景深的相位-高度映射的方法。实验结果表明：该方法能提高重建景深范围50%左右,大大提升了面结构光的重建范围。     

大气痕量气体差分吸收光谱仪地面数据评价软件设计

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。     

基于光栅投影测量改进的类双目系统标定方法

系统标定是光栅投影测量系统中的关键一步。将投影仪看成相机的类双目系统标定方法具有操作简单、精度高、可靠性强的优势。在此系统标定方法的基础上,提出一种提高测量系统精度的系统标定方法。根据提取的标定板上圆标识的圆心坐标,利用计算机生成含有相对应十字标识的图像,用于相机标定,可避免圆标识轮廓对角点提取的影响,从而提高相机标定精度。同时,推导快速求取投影仪伽马的表达式用于相位校正,可建立投影仪像素与相机像素精确的对应关系,从而提高投影仪标定精度。结合投影仪和相机的标定结果,建立统一的世界坐标系完成整体系统的标定。实验结果表明:采用上述标定方法,可将投影仪和相机标定精度分别达到0.25 pixel和0.15 pixel;同时测量了一个长方体,精度达到0.142 7 mm。     

平面镜子孔径加权拼接检测算法(特邀)

为了解决大口径平面反射镜高精度检测问题,建立了一种基于全局优化的子孔径拼接检测数学模型,同时提出了一种拼接因子用于重叠区域取值。基于上述方法,结合工程实例,对一口径为120 mm的平面反射镜完成拼接检测,检测中共规划了四个待测子孔径,为了对比文中所述算法与传统最小二乘拟合拼接算法的拼接性能,分别利用两种算法完成了待测平面镜的面形重构。实验结果表明,两种算法所得拼接结果光滑、连续、无“拼痕”,同时分别将两种算法所得拼接结果与全口径检测结果进行了对比分析,从传统拼接算法残差图中可以看到明显的“拼痕”,而加权拼接方法得到的拼接结果光滑、连续,同时其残差图的PV与RMS值分别为0.012λ与0.002λ,小于传统算法残差图的PV与RMS值,验证了算法的可靠性与精度。     

基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定

在轨标定技术是影响星载激光雷达光斑定位精度的核心技术之一。介绍了目前国内外星载激光雷达的在轨标定技术发展现状,分析了各类在轨标定技术的特点。针对新型的光子计数模式星载激光雷达的特性,提出了一种基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定新方法,使用仿真点云对标定算法的正确性进行了验证,并分别使用南极麦克莫多干谷和中国连云港地区的地表数据和美国ICESat-2卫星数据进行了交叉验证实验,实验结果表明:算法标定后的点云相对美国国家航空航天局提供的官方点云坐标平面偏移在3 m左右,高程偏移在厘米量级。文中还利用地面人工建筑等特征点对比了算法标定后的点云与官方点云之间的差异,最后对基于自然地表的在轨标定方法的精度以及标定场地形的影响进行了讨论。