条纹投射测量标定中摄像机畸变图像的修正

在条纹投射测量系统的标定过程中对摄像机畸变图像进行修正,能有效地提高系统的标定精度。采用改进的Harris算子检测标定板上特征点的亚像素坐标,通过预标定获得特征点空间坐标,并应用BP神经网络技术校正畸变图像。仿真实验表明该方法能简单有效地提高了标定系统的精度。     

基于纯平移两视图几何的镜头畸变参数标定

针对摄像机镜头畸变对系统测量精度的影响,提出了基于纯平移两视图几何的镜头畸变参数标定方法。首先,分析了机器视觉测量中影响测量精度的主要畸变类型,建立了镜头非线性畸变模型。然后,利用射影几何及纯平移两视图几何的固有特性,构建了四组约束方程用于求解畸变参数。最后,针对大视场测量时标定板无法有效充满视场的问题,提出了利用四维电控平台对视场分区域拍摄多组纯平移运动图像的畸变参数标定流程,利用较小的靶标实现了大视场的镜头畸变参数标定。在实验室验证了本文提出的畸变校正方法的可行性。结果显示:提出的方法标定精度较高,标定后图像特征点连线的直线度误差减小了89%,标定精度及可靠性均满足机器视觉测量的要求。     

使用非特制靶标实现线结构光平面标定

为解决在线结构光测量系统中因缺少特制靶标而无法高精度标定线结构光平面的问题,基于立体视觉原理及线结构光测量系统提出了一种使用非特制靶标的线结构光平面标定方法。该方法采用非特制靶标,将靶标放置于线结构光平面上,利用视差法获取线结构光投影在靶标上形成的点云集,通过更换靶标姿态重复获取多个点云集。采用最小二乘法对所采集的多个点云集进行平面拟合,确定结构光平面参数进而完成对平面的标定。分别采用人体手臂和304钢板充当靶标利用所提出方法完成线结构光平面标定,用该标定的结构光平面进行5种正方形工件的尺寸测量,实验证明提出的标定方法测量精度平均约为±0.056 mm。该方法能够在不需要特制靶标的情况下完成标定,满足测量系统的精度要求。     

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。     

基于单张平面靶标的视觉测量系统快速校正研究

为解决双目测量系统传统标定方法过程复杂、应用条件苛刻、很难满足应用过程中准确快速校正的难题,提出了一种简便的校正算法。该算法仅需采集一张平面靶标图像,然后利用多视图几何中的绝对二次曲线特性,即可实现双目测量系统结构参数的校正优化。实验表明,利用该算法可以达到初始标定的精度,满足实际应用的可靠性需求。     

大视场光电测量系统的精密几何标定和畸变校正的研究

本文研究在大机场精密光电测量系统中最为关键的测量精度问题。深入地讨论了这种大视场光电测量系统的高精度几何标定方法,重点探讨了利用计算机通过解析方法补偿光学系统几何畸变的途径,以期达到在光学系统精度较低的情况下测量系统也可以进行高精度测量的目的。为了达到上述目的,主要研究了以下几个问题:分析了摄影测量的基本原理,提出相机标定和畸变校正问题;建立适合于相机标定和畸变校正的数学模型;研究了对相机进行精密标定的方法和手段;研究了标定数据的分析处理方法;进行计算机仿真实验,分析实验结果。     

基于自由靶标的线结构光视觉测量系统标定研究

针对现有的线结构光视觉测量系统现场标定方法存在效率低、操作复杂等不足,提出了一种基于自由移动平面靶标的标定方法。该方法以平面靶标作为标定对象,首先采用张正友的方法标定出了摄像机内部参数,然后引入了线结构光和自由移动平面靶标,以各种位姿下靶标内的激光条纹与棋盘格角点边线交点作为特征点,求取了特征点在摄像机坐标系下的坐标,并拟合出了结构光面平面方程,从而完成了整个测量系统的标定。试验结果表明,采用上述方法标定后的线结构光视觉测量系统测量误差小于1%,达到了较高的标定精度,能够满足使用要求。     

基于多项式变形法的栅格图像非线性畸变校正

为了减小光电成像测量系统存在的非线性畸变,提高测量精度,提出了一种基于多项式变形法的栅格图像畸变校正方法。提取带有桶形畸变的栅格图像中的栅格交叉点作为控制点,利用光学成像关系推算出栅格交叉点的理想无畸变位置,构成控制点对。对畸变图像和校正后图像的像素位置对应关系建立线性方程组,通过最小二乘法实现两者像素之间的坐标变换,并且采用双线性插值法确定校正后栅格图像中像素的灰度值。对带有桶形畸变的栅格图像进行了畸变校正实验,结果表明,多项式变形法能够自动、有效地校正图像畸变。     

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。     

视觉辅助的激光振镜加工畸变校正及精度分析

为了解决激光振镜加工畸变校正过程中人工测量效率低、精度差的问题，提出一种视觉辅助的畸变校正和精度测量方法。该方法分析了误差来源，建立了畸变数学模型，采用螺旋式填充圆标刻配合最小包络圆检测获取振镜系统误差特征描述，用曲线拟合或线性插补算法补偿误差，最后采用误差标准测量点阵进行精度标定。实验结果表明，该方法可以消除86%图形畸变，平均相对误差为7×10^-4,提升了校正精度和校正效率。     

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。     

基于共面点的多视觉测量系统的全局标定方法

本文提出了一种基于共面点的世界坐标唯一全局标定方法,利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系,通过拟合基准面来设置共面标定点,系统中各摄像机传感器直接获得标定点的图像,从而实现了各局部相机的全局标定,不需要中间坐标系的转换,避免了多次坐标转换带来的精度损失,标定过程简单。通过在实际的由多个高速视觉传感器组成的飞行器外部姿态测量系统中进行标定实验,在测量范围较大的情况下,系统精度的均方根误差不超过0.8mm。 关键词：全局标定 视觉测量 激光跟踪仪 共面点     

Star sensor calibration based on integrated modelling with intrinsic and extrinsic parameters

To guarantee high measurement accuracy, star sensors must be precisely calibrated prior to use. Existing star sensor calibration methods, such as the imaging model method with intrinsic parameters and the polynomial fitting method, exhibit disadvantages. Inspired by classic camera calibration theory, a novel star sensor calibration method based on integrated modelling with intrinsic and extrinsic parameters is proposed in this paper to overcome the inherent disadvantages. A complete, integrated imaging model for star sensors is established by using all intrinsic and extrinsic parameters. Calibration points’ data are then acquired by using a two-axis rotary table and a star simulator. Finally, a two-step procedure is applied to calculate the parameters. Experimental results show that the proposed calibration method is capable of obtaining all the intrinsic and extrinsic parameters of the star sensor with high accuracy and efficiency and guarantees highly accurate attitude measurements.     

视觉测量系统的相机校准

提出了一种利用虚拟立体校准模板的有效相机校准技术.通过红外发光二极管按照预定路径在三坐标测量机上移动,构成精确的虚拟立体校准模板.校准过程中考虑了径向畸变和切向畸变.采用二次高斯曲面拟合,精确地提取像点的质心坐标.校准过程包括线性参数估计和基于最大似然估计的非线性校正.首先采用线性方法对部分参数进行初始估计,然后再通过基于最大似然估计的非线性最小化获得所有的参数值.该方法可精确获取图像点坐标和空间点坐标,能够实现快速、有效收敛.实验结果表明,该校准技术能够满足视觉测量系统的要求,也可以满足视觉测量系统对相机参数的特殊要求.     

基于神经网络的反求测量系统的标定

在层去图象法测量系统中,由于诸多因素的影响,物体的空间坐标与截面图象坐标之间存在着复杂的非线性映射关系。如果采用完全理想条件和线性几何失真方法来标定系统,则会影响测量精度,为此提出了一种基于神经网络的标定方法,显著地提高了测量系统的精度。     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。     

分时偏振光谱测量系统的起偏效应校正

针对实验室偏振光谱测量系统短波红外起偏效应大、测量偏差大的问题,建立了系统目标斯托克斯校正模型,提出了该模型中相关系数的测量方法,从而实现了系统偏振效应的精密校正。首先分析了实验室常用的低成本分时偏振光谱测量系统存在的主要问题及起偏效应的来源。然后根据偏振传输理论,将系统中起偏效应较大的波谱仪等效为检偏系统,建立了目标偏振信息的校正模型,并通过与理想模型的对比验证了模型的正确性。最后针对本测量设备,为提高校正系数的测量精度,在解析法的基础上提出了一种更精确的拟合法。实验结果表明,本方法的校正精度高于0.5%,满足实验室中对目标偏振信息处理的精度要求,对偏振光谱测量系统的研制和标定具有指导意义。     

红外相机光轴标定研究

随着红外技术的不断发展,红外成像定位系统在现代工程测量中的应用越来越广泛。大部分测量系统一般都会选取红外相机的光轴作为系统的参照基准,因此红外相机的光轴标定的准确性将直接决定整套测量系统的准确度等级。激光跟踪仪是空间尺寸测量的一种常用仪器,它可以建立笛卡尔三维坐标系将空间任意点以坐标点形式表示出来,通过坐标点确定系统中点、线、面之间的几何位置关系。利用三靶球位置坐标原理将红外相机的光轴等虚拟参数以空间坐标点的方式标示出来,为后续试验人员的校准定位工作提供一定的技术依据和参考。     

高精密转台标定方法研究

针对特定情况下高精密大型转台定位精度的标定问题,提出了一种采用激光跟踪仪标定的方法,首先分析影响标定方法精度的因素,通过优化测量参数及采样策略,建立基于激光跟踪仪的最优标定系统,拟合激光跟踪仪测得点所在的三维平面,通过坐标变换将测量点转换到二维平面上,拟合转换后的数据得到圆心坐标,最后计算相邻测量点与圆心连线的夹角,与理论值进行比较,从而确定转台的定位精度。实验表明,标定系统的精度满足要求。该标定方法简单可靠,提高了高精密大型转台的标定效率。     

大型油罐容量计量中3D空间建模方法研究与比对试验分析

油罐的容量计量是石化企业生产运行的核心工作之一.为了提高计量检定效率,提出一种基于三维激光扫描原理的油罐容量全自动测量方法.讨论了一种扫描点云数据分析方法,通过三角网格和曲面拟和的方法计算出不同液位高度对应的油罐容积值.设计了对比试验系统,选取60 m~3和37 m~3两个标准油罐为研究对象,根据OIML R71和R80的技术要求,以0.025%准确度的容量比较法测量值为参考依据,三维激光扫描方法进行油罐容量测量具有好的复现性,而测得的容量值相对偏差满液位量程处可达0.4%,验证了这种方法的有效性,而且有效提高了油罐容量检定工作效率.