机器人双目视觉系统的算法研究与实现

针对计算机视觉系统在移动机器人中的应用,对摄像机标定、图像分割、模式识别、目标距离探测以及双目视觉系统在移动机器人导航中的运用进行分析与研究。文章提出了在特定三维场景中,对不同研究对象采取不同处理方式的复合算法,实现了对于机器人视野内简单几何物体的识别,同时使用双目摄像机结构,直接探测出目标物体相对于机器人的深度距离及其方位角度。     

基于视觉定位的机器人搬运技术及应用

机器人通过视觉对工件位置信息进行分析处理,完成相应搬运任务已成为机器人应用的主要发展方向。本文主要针对立体仓储系统中基于视觉定位的物料搬运应用进行研究。系统中采用智能相机Vision Hawk对目标进行视觉定位,运用摄像机标定技术实现相机—机器人坐标系的标定,通过控制软件Workvisual来完成机器人的运动控制和轨迹规划,进而实现机器人对多种类型工件的识别、定位及搬运。     

基于双目视觉的工件定位与抓取研究

针对生产制造过程中工件的自动定位、识别与抓取等问题,研究基于双目立体视觉的工件识别定位方法;对每个工件进行SIFT特征提取,采用模板匹配方法实现工件的识别.用形态学方法获得工件特征点的二维信息,结合双目立体视觉标定技术得到工件的三维坐标,为机器人抓取工件提供信息;在实验中,相机标定、匹配识别与三维定位程序在MATLAB环境中执行,应用MATLAB和VC++混合编程技术将获得的工件信息传递给机器人的控制程序,实现了机器人对工件的在线实时抓取.     

基于手眼立体视觉的机器人定位系统

研发了基于手眼的机器人定位系统,采用了眼在手上的单目摄像机,通过机械手的一次移动实现了立体视觉的功能.提出了一种方便有效手眼标定方法,避免了复杂的传统手眼标定过程,无需求解摄像机外参数和手眼变换矩阵.仅获取标定时刻的摄像机综合参数和机器人位姿,就可以在机器人基坐标系中视场范围内的任意两点进行检测,根据立体视觉的约束关系求解出目标物体在机器人基坐标中的位置,进而实现对目标物体的精确定位.     

基于平面模板的机器人双目标定与目标定位

视觉是机器人获取外界信息最主要的途径,通过视觉系统准确地定位目标物体是机器人控制中的关键技术。为了使机器人准确地获取目标物体的位置,文中采用平面模板法对双目摄像头进行标定,构建机器人坐标系,完成对目标物体的定位。经过标定,双目摄像头可以获取目标物体在空间坐标系中的位置,经过坐标系转换,可以获得目标物体在机器人世界坐标系中的坐标值,该值是机器人实现对目标物体伺服跟踪和抓取的重要数据。最后,本方法在家庭机器人上得到了验证,机器人能够准确地定位目标物体。     

双目CCD测距系统的高精度标定

为实现高精度的远距离被动测距,提出一种摄像机内、外参数以及双目CCD测距系统的标定方法.基于双目测距模型设计双目测距系统的机械结构,进行左右摄像机的单目标定,利用主点标定方法求出主点坐标,使用两步法线性求解摄像机的焦距、一阶径向畸变系数、旋转矩阵和平移向量,从而对高精度双目测距系统完成基线长、两摄像机光轴夹角和两像面相对位置的系统标定.实验结果表明,摄像机标定精度为0.582 6像素,双目测距系统的标定精度为0.208 mm,取得了较为理想的结果,此外,在300 m以内的目标实际测量精度高于0.28％,满足高精度双目测距的精度要求.     

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.     

基于一阶径向畸变算法的双目摄像机多位姿标定方法

双目立体视觉中在对物体进行三维测量或精准定位时,需要对摄像机进行标定以获得其内外参数。研究径向畸变摄像机模型,构造了基于一阶径向畸变（RAC）算法的双目摄像机内外参数线性求解公式。考虑侧倾角、旋转角、俯仰角以及透镜的主要畸变因素,修正了传统RAC标定法中只考虑径向畸变、部分参数需要先验值的缺陷。利用标定所得内、外参数进行了多位姿双目摄像机三维重构实验。实验结果表明,该标定方法重投影误差分布在[-0.3,0.3],动态识别结果与实际运行轨迹重合率为96%,对降低双目立体视觉三维测量误差率有积极性影响。     

基于OpenCV的双目视觉标定程序的开发

分析了基于2D标靶的摄像机标定算法原理以及双目立体视觉系统摄像机的标定方法,给出了基于开源视觉库OpenCV的摄像机标定算法的详细处理流程,实现了一个完整的摄像机标定程序,可移植到嵌入式系统中.     

双目视觉机器人遮挡目标识别研究

随着《中国制造2025》的提出,中国的装备生产和应用的信息化与智能化提上了日程。而双目视觉机器人恰是实现这一目标的执行者。双目视觉机器人识别过程,受实际工况和自身目标识别算法的影响,具有盲目性、非穿透和波动等特性, 针对该复杂过程,提出了UWB遮挡目标识别算法。该算法参考无线电波的运动学方程,结合UWB(Ultra Wideband)无载波通信技术,构成遮挡目标识别系统。并通过UWB标定原理对遮挡目标识别系统进行标定实现对遮挡目标的精确识别,通过实物运行,误差控制在7.1%,满足位置偏差小于26.3%的设计要求,验证了该方案的可行性和有效性。该研究对双目视觉机器人的双目视觉目标识别算法结合其他目标识别算法组成复杂的目标识别算法网络是一次有益的尝试。     

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.     

基于畸变校正的双目立体摄像机线性标定

利用透视变换原理建立双目立体摄像机数学模型,全面考虑了镜头的径向畸变和切向畸 变,提出一种线性求解摄像机参数的标定方法,改变了以往的摄像机标定依赖于非线性优化的缺点,避免了非线性优化的不稳定性.该标定方法在单摄像机模型的基础上,加入对双摄像机相对位置的确定,通过成像过程中坐标系之间的转换,较好地实现了双目立体摄像测量系...     

双目立体视觉系统的技术分析与应用前景

对双目立体视觉技术的实现过程作了分析,介绍了摄像机标定、特征点提取和立体匹配的实现方法及应用弊端,特别是给出了一种实用而有效的三维重建方法,并对双目体视技术的应用和发展做了分析与展望。     

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。     

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。     

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。     

基于双目内窥镜的散斑三维重建系统研究

传统的内窥镜只能提供清晰的图像,无法进行三维测量和三维重建.该文提出一种基于立体视觉原理的双目内窥镜系统,用于实现三维测量和三维重建,并开发了一套基于双目内窥镜的散斑三维重建系统.为了提高系统的标定精度和三维重建质量,该文提出一种高精度双目内窥镜标定参数优化方法及基于光轴双次旋转的立体校正算法.其中,测量系统由一个结构...     

多目立体视觉在工业测量中的应用研究

以双目立体视觉系统为基础，提出了一种多目立体视觉测量的方法。该方法利用摄像机旋转来获取多幅图像，利用这些立体图像对中对应特征点的视差得到物体的深度信息，达到多目测量的目的，通过实验并与双目立体视觉相比较，验证了其在摄像机标定和提高测量结果精度方面的优越性。     

基于新型双目机构的立体视觉系统标定

为了获得更大的摄像机视野和更高的系统鲁棒性，研制了一种新型的双目机构；并以此机构为核心搭建了立体视觉系统，之后对整个系统进行了标定．为有效地消除图像的畸变，提出了一种显—隐式畸变校正方法；此方法可以同时校正图像的径向和切向畸变，用最小二乘法即可求解．提出了一种简单而精确的分步旋转法来校准左右图像的极线．实验结果表明，经过显—隐式畸变校正方法和分步旋转法处理的立体图对，可以满足立体匹配的要求．