基于直线不变性的自修正光靶标

为了减小视觉坐标测量系统中特征点圆心像面投影坐标计算的误差,以改善系统的测量精度,提出了一种利用透视投影变换的直线不变性对其进行修正的新型光靶标。传统的误差减小方法是提高特征点的像边缘检测的精度,或者对特征点像面轮廓椭圆拟合的数学模型进行修正,算法复杂、适应性较差,且对精度的改善也达到了瓶颈。仿真试验表明,基于直线不变性的新型光靶标支持特征点-对应像面位置自动识别,较有效地修正了特征点圆心像面投影坐标计算的误差。     

平面标定靶标标记点的圆心提取算法

基于圆形标记点的平面靶标被广泛应用于摄像机标定与视觉测量中。针对该平面靶标,为得到圆形标记点在像面上的圆心投影,提高摄像机的标定精度,本文提出了一种基于对偶二次曲线几何特性的圆心提取算法。该算法的核心是平面内一个标记点A像面投影二次曲线对应的对偶矩阵,相对于平面内另外一个标记点B的对偶矩阵的一个广义特征向量,穿过这两个标记点的圆心投影。因此,在获取标记点亚像素级边缘点,拟合椭圆得到椭圆二次曲线方程后,通过任意两个标记点的对偶矩阵,均可得到一条穿过这两个圆心投影的向量。经过同一个圆心投影的多个向量叉乘标准化后的结果就是该标记点的圆心投影。 为测试本文方法提取圆心像点的精度,本文在像面与靶标平面夹角40°的姿态下,对直径为90mm的超大标记点提取圆心投影,圆心投影误差为0.1~1pixel。并以此方法得到的圆心投影对手持式扫描仪进行摄像机标定,进而对已知坐标的平面靶标及3D工件上的标记点进行扫描,最大误差不超过0.2mm。通过对比,本文提取的圆心投影比采用椭圆圆心的精度高,而且提高了摄像机的标定精度。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

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.     

平面标定靶标标记点的圆心提取

基于圆形标记点的平面靶标被广泛应用于摄像机标定与视觉测量中。针对该平面靶标,为得到圆形标记点在像面上的圆心投影,提高摄像机的标定精度,本文提出了一种基于对偶二次曲线几何特性的圆心提取算法。该算法的核心是平面内一个标记点A像面投影二次曲线对应的对偶矩阵CA*,相对于平面内另外一个标记点B的对偶矩阵CB*的一个广义特征向量,穿过这两个标记点的圆心投影。因此,在获取标记点亚像素级边缘点,拟合椭圆得到椭圆二次曲线方程后,通过任意两个标记点的对偶矩阵,均可得到一条穿过这两个圆心投影的向量。经过同一个圆心投影的多个向量叉乘标准化后的结果就是该标记点的圆心投影。为测试本文方法提取圆心像点的精度,本文在像面与靶标平面夹角40°的姿态下,对直径为90mm的超大标记点提取圆心投影,圆心投影误差为0.1～1pixel。并以此方法得到的圆心投影对手持式扫描仪进行摄像机标定,进而对已知坐标的平面靶标及3D工件上的标记点进行扫描,最大误差不超过0.2mm。通过实验证明了本文提取的圆心投影比采用椭圆圆心的精度高,而且提高了摄像机的标定精度。     

线结构光视觉传感器测圆(类圆)孔中心两步法

针对基于工业机器人平台柔性三维视觉检测系统,提出线结构光视觉传感器测量空间圆(类圆)孔中心两步法。根据线结构光视觉传感器测量模型,确定被测圆心近似z向坐标。根据圆心相对摄像机光心的方位,确定被测圆心的x、y向坐标。该方法突破了传统空间圆(类圆)孔中心测量仅能采用双目视觉传感器的方式。研究结果表明,该方法切实可行,可以满足实际测量需求,能够极大地扩展线结构光视觉传感器的应用范围。     

球形靶标中心成像点的高精度定位

为提高球形靶标中心在像平面上成像点的定位精度,研究了球形靶标成像理论及球心成像点定位方法。建立了空间球在摄像机系统下的投影模型,结合空间解析几何理论,证明了球形靶标的透视投影特性。推导出了球心成像点坐标的精确表达式,并结合测量实际给提出了球心成像点的高精度定位方法。利用仿真实验建立了球心投影畸变误差模型并分析了相关影响因素。最后,结合陶瓷标准球进行了视觉系统位姿参数标定实验。结果表明,该定位方法求得的空间球球心重投影误差比传统的球心成像坐标定位方法产生的重投影误差平均减少了36%,位姿参数稳定性相对提高了40%。得到的结果验证了该球形靶标中心成像点定位方法精度高,鲁棒性强,可应用于基于球形靶标的视觉标定或测量中。     

主轴回转运动精度的计算机视觉测量系统

基于计算机视觉测量技术,建立了机床主轴回转运动精度测量系统。系统主要由CCD 摄像机、计算机和相应的图像处理软件组成。利用图像传感器记录靶标特征点运动轨迹,经过图像处理软件的数据处理,可直接测得主轴的回转运动。由于靶标特征点的提取直接影响系统的测量精度,因此提出了以圆形标记作为靶标图案,采用面积矩方法提取圆心来提高系统测量精度。在MATLAB 环境下编程实现图像处理和数据计算,采用最小区域圆法计算主轴回转误差。最后采用该系统对车床主轴进行了测量,试验证明,系统可以实现主轴回转运动精度的精确、快速测量,且精度达到微米级。     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。     

基于Halcon的动臂孔组同轴度检测方法研究

针对装载机动臂孔组同轴度误差传统测量方法存在较大的人为误差且测量效率低等问题，设计基于机器视觉的同轴度误差在线检测系统。该系统使用Labview中的视觉模块设计系统检测界面并联合视觉算法库Halcon完成对同轴度误差的在线检测；采用全局固定阈值算法进行图像分割，基于形态学的Canny算子边缘检测方法对图像进行形态学处理获得其边缘区域；基于XLD形状选择的最小二乘算法对图像边缘进行拟合圆处理，获得圆搭外圆的边缘特征信息及圆心坐标，进而通过分析计算得到该组孔的同轴度误差。实验表明：该系统检测方案满足工业生产的精度要求，且检测效率优于传统测量方法，适合于大批量的非接触式测量。