基于立体视觉和激光标记的空间物体位姿的快速定位算法

建立了一种4自由度双目立体视觉装置的传感器模型,根据空间两条相交射线唯一确定空间一点的原理,提出了在摄像机上加装激光源的方法,通过激光标记来解决目标物体上同一点在两幅CCD图像上对应点的快速匹配问题,从而很方便地求取目标物体的深度信息。最后,研究了目标物体空间位姿的图像定位算法,并通过确定的空间圆柱体位姿验证了该方法的正确性。     

最小二乘圆法拟合激光斑点的一种方法

介绍了激光标记求取目标物体深度信息的方法。由于激光源打在目标物体上形成具有一定面积的光斑,在CCD成像后的像平面上必然也形成一定区域的斑点,为了精确地确定目标物体的深度信息,需要计算激光斑点中心的位置。提出了最小二乘圆法求取激光斑点中心位置的方法,并给出了算法实例。     

半导体激光扫描二维成像系统研制

介绍一种基于激光主动扫描物体，记录物体表面反射光强，然后重现物体二维图像的激光成像系统。该系统是进一步发展机器视觉三维距离成像的基础。     

基于双目视觉的六自由度仿人手抓取目标定位研究

为了使仿人手能对抓取目标物体进行识别和定位,提出一种基于双目视觉的仿人手抓取定位方法。采用改进的D-H方法对假肢手臂进行建模,采用几何法和解析法相结合的方法对六自由度假肢手臂进行逆运动学求解,并采用基于灰度相关的模板匹配算法提取出目标,最后根据双目视觉原理计算出目标位置的空间坐标,并控制假肢手臂对目标物体进行抓取。实验结果表明,假肢手臂能够有效完成对目标物体的识别和抓取动作。     

基于机器视觉的3D激光平面度测量系统的研究与应用

为了满足现代工业非接触、高精度以及快速对微型物体进行平面度测量的需求,本文采用3D激光测量方法研制了基于机器视觉的3D激光平面度测量系统。首先研究3D激光轮廓仪的扫描测量原理及平面度测量原理,然后对激光线图像进行预处理,确保后期测量的准确性,其次对几何特征进行定位和坐标转换,再进行数据处理,获取物体测量部位的三维测量值。本系统为微型物体几何尺寸的三维非接触、高精度、多尺寸测量提供了测量装置系统和相应的测量手段。最后实物测量实验验证文中测量方法的准确性、快速性和有效性,测量精度可达0.1μm。     

三维机器视觉测量系统的坐标计算模型研究

分析了单摄像机成像原理和激光三角测距原理，建立了三维机器视觉测量系统的原理模型，给出了根据单幅二维数字图像计算检测目标三维坐标信息的具体方法，为三维机器视觉系统研制开发奠定了理论和算法基础。     

基于改进三帧差法的微小目标运动轨迹检测方法研究

针对计算机视觉系统中高速时变快速目标检测路径存在的小目标,容易丢失和轨迹不易检测问题,提出了一种基于三帧差理论的微小运动目标检测跟踪改进算法。该算法采用三帧差分法获取运动目标图像,然后利用颜色阈值分离其他运动目标的干扰。实验使用室内激光点运动记录作为样本,通过本算法检测激光点的快速不规则移动来确定激光点运动轨迹。结果表明,该算法能够完整地检测激光轨迹,能够有效降低目标图像和其他运动物体的噪声。     

采用双目视觉测深建立物体的投影视图

介绍了用边缘检测提取平面图像的边缘，并利用射影几何原理的三维信息恢复方法．双目平行视觉进行测深，对像平面所反映的物体进行三维标定，然后利用透视不变量一交比对像进行变，得到物体在像平面的正投影视图。从基于图像的三维信息恢复的基本输入输出的问题入手，详细阐明了双目视觉模拟基于图像的三维深度信息恢复方法，并利用该方法恢复物体的正投影视图。     

基于机器视觉的三维测量仪中激光条纹的提取算法

随着制造业、机械行业的快速发展,对物体进行三维测量得到其尺寸等信息的需求越来越多。在众多三维测量方法中,基于激光和机器视觉的三维测量仪,以其准确、快速及对物体表面颜色不敏感等特性在应用领域脱颖而出,并占有一席之地。一个基于机器视觉的激光扫描测量系统应该顺序解决3个方面的问题:1)二维激光条纹图像的预处理;2)激光条纹的识别和细化;3)激光条纹的中心像素提取。从上述三方面介绍了算法的实现过程。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

一种基于椭圆特征确定空间平面位姿的方法

利用圆柱激光照射在空间平面上呈椭圆状特性,证明了此椭圆状光斑在左右摄像机CCD成像平面上所形成的图像也是椭圆。由最小二乘椭圆拟合法得到椭圆光斑的5个独立参数,并建立空间平面与椭圆参数之间的关系,采用SWIFT算法进行搜索求解,无需特征点匹配,即可确定空间平面的位姿。算例结果表明,该方法是有效可行的。     

便携式激光扫描三维形貌测量系统

介绍了基于双目立体视觉的便携式激光扫描三维形貌测量系统,该系统的测头部分安装了5个激光器,将 扫描速度提高了5倍,而且采用两个摄像机同时摄取扫描激光光条图像,避免了对投射激光的标定过程。根据立 体视觉原理,经图像匹配,可计算得到光条上所有点的空间位置和深度,即被测空间曲面的三维信息。阐述了非 接触三维形貌测量的原理和方法,试验结果证明了系统的可行性和适用性。     

双通道激光主动探测系统

为了有效探测“猫眼”目标的微弱回波信号并获得目标区域的直观图像信息,设计了基于雪崩光电二极管(APD)单元探测器和电荷耦合器件(CCD)面阵探测器的双通道激光主动探测系统.介绍了硬件设计的基本思路,包括各模块功能、组成和主要部件所采用的型号.针对双通道探测模式的关键技术,阐述了APD探测模式下接收放大电路的设计方法,并分析了CCD探测模式下响应波长的匹配问题.最后,在外场条件下,利用望远镜和激光测距机等典型“猫眼”目标对该双通道激光主动探测系统进行了实验验证.实验结果表明,利用APD探测模式进行探测时,550 m距离处望远镜的回波能量响应是类镜面目标回波能量响应的2.87倍以上;利用CCD探测模式进行探测时,550 m距离处望远镜的回波能量响应和2 500 m距离处激光测距机光学窗口的回波能量响应分别是背景目标回波能量响应的2.72倍和2.31倍以上.该双通道激光主动探测系统可将典型“猫眼”目标从背景及干扰目标中清晰检出,验证了探测系统设计的合理性和有效性.     

扫描测头中CCD摄像机测量模型和坐标转换

基于激光三角法测量原理的扫描测头广泛应用于现代的工业生产中,现已成为人们研究的重点,而CCD摄像机是扫描测头的核心部位。本文通过介绍基于线结构光扫描测头的测量原理,引出了CCD摄像机的测量模型和坐标转换,使其成为研究扫描测头的核心技术。阐述了扫描测头在自主研制的关节臂测量机上的应用。     

非接触式扫描反射镜转角测量系统

为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明：系统的检测系统分辨率为2.5",测角范围为11°,测角精度可达3",可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。     

全场视觉自扫描测量系统

为了适应对大型工件的快速精确测量,提出一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全场视觉扫描测量系统,通过振镜的转动改变线结构光光平面角度来实现对摄像机视场内被测物体的自扫描测量.利用平面网格靶标和基于交比不变原理的径向排列约束(RAC)两步方法实现对摄像机的标定,根据振镜的旋转角度以及光平面在靶面上的交线确定光平面的方位,从而根据摄像机模型和CCD二维图像可获得光平面上的三维数据.试验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能较清晰地测量大型工件上的主要特征,同时具有便携性,便于生产现场使用.     

大型煤堆体积测量中光斑中心读取方法研究

本文介绍了大型煤堆体积检测系统的特点,并给出了基于光学三角原理实现的煤场存煤量自动检测系统的构成和工作原理。分析了影响其测量准确度的主要因素,即转台的准确度、激光光斑的大小、激光散斑的存在及CCD接收器件的分辨率。针对大范围测量时,光斑图像占用多个像素及散斑造成的光斑图像强度分布不均以致于很难读取真正的光斑中心的问题,本文提出了基于Hough变换的光斑中心读取方法。实验表明,该方法有效地提高了大型煤堆体积检测系统的测量准确度     

基于十字线结构光的亚象素三维视觉测量

本文使用十字线激光器,配置CCD相机组成十字线结构光视觉测量系统。根据视觉测量系统的标定与测量原理,建立了两个光平面相应的数学模型;采用最小外接矩形法分割光条,在每个矩形区域内采用高斯曲线拟合法提取光条中心,再用最小二乘法拟合光条直线。最后用该系统实现了零件的非接触三维轮廓测量,验证了模型的正确性和光条提取方法的精度。     

CCD作为探测器用于激光角跟踪系统的研究

本文讨论了 CCD 激光角跟踪系统的工作原理,分析了 CCD 激光角跟踪系统的探测距离和测角精度,并将 CCD 系统与传统的四象限系统作了比较,同时论述了用于CCD 系统的电子快门技术和像增强器技术。文章最后提出了 CCD 系统比传统的四象限系统,具有较大的优越性。