基于结构光点云的变形测量方法研究

针对结构变形测量需求,提出一种基于结构光点云的变形测量方法。搭建了结构光相机测量系统,基于投影仪逆向相机的假设并借助棋盘格标定板完成了系统标定。采用格雷码辅助的四步相移技术设计投影仪投射的图案,并利用标定的系统参数,完成待测物表面的三维重建,获得结构表面点云。提出基于点云间距离计算结果的结构变形分析方法,并分析比较了基于点到点、点到面和面到面3种点云距离计算方法原理。通过实验验证了所提基于结构光点云的变形测量方法的可行性和精度,实验结果表明,该方法可以实现结构离面位移的高精度测量。     

一种基于数字图像的空间测距方法

通过设置具有简单几何属性的定标物和定标标尺,以及相机的平移运动,分步标定相机的内部参数矩阵K、旋转矩阵R、位移向量T及导轨方向向量E,建立相机与被测物体的空间关系.在相机导轨的两个位置分别采集被测对象的清晰图像,利用基于数字图像的空间测距数学模型,即可求解空间两点的空间距离.提出的基于数字图像的测距原理和方法较好地解决了"定标物定标法"中需要已知定标物空间位置的难题,具有数学模型收敛性好、定标精度高(在给定的实验条件下测量精度可控制在2%以内)、试验模型简单的特点,特别适合于空间大尺度物体(几米-几十米)的尺寸测量,能够弥补现有非接触测量方法在测量范围、测量成本等方面的不足,可广泛应用于大尺寸零件测量、地质勘探、水利建设、矿山开发、城市规划等工程领域.     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。     

双线阵CCD交汇测量中的自动标定方法

针对CCD交汇测量系统中的初始标定困难、繁琐、重复误差等缺陷,提出了一种基于测量模型的自动标定方法.根据交汇测量原理,建立了测量系统的数学模型,并推导出自标定的模型.在相机焦距、倾角、光心坐标已知条件下,通过分析标定中各参量的函数关系,可利用线阵相机像元确定测量位置,精度可达到4 mm.     

基于线结构光和单应性的点云获取方法

为获取被测物表面三维点云数据,基于线结构光和平面单应性,提出了一种不需要相机标定的点云获取方法.首先令线结构光扫描被测物表面,以相机采集变形光条纹图像.然后根据事先在光平面中设置的4个控制点的像素坐标和空间坐标,求解光平面从图像坐标系到世界坐标系的变换矩阵.通过该矩阵将线结构光与被测物的截交线,即光条纹,校正透视失真并变换为被测物的截面图,从而获得光条纹上被测点的三维坐标.为验证方法的有效性,分别以球体、圆柱体和长方体为被测物,对该方法进行点云获取精度测试.实验表明:误差在1 mm以内的点数约占总点数的85%,误差在0.5mm以内的点数约占总点数的60%.相比传统的需要相机标定的线结构光测量方法,该方法原理更简洁,鲁棒性更强,可用于以低成本快速搭建三维点云获取系统.     

基于直线成像特征的视觉测量系统综合标定方法

针对视觉测量系统存在复杂系统误差的特点,提出一种基于直线成像特征的系统综合标定方法,有效地保证了测量精度。该方法通过对1等量块的平行直线边缘提取,建立量块边缘空间物点位置和像点位置的原始对应关系,利用量块边缘的理想直线特征,通过统计计算对测量系统进行综合标定,建立描述空间物点位置和像点位置的相互对应关系的二元三次标定函数。对在测量范围内不同方位的量块进行多次测量,表明使用这种标定方法标定的视觉测量系统的测量精度能够达到。     

空间矢量的单画幅测量分析

本文提供一种由单画幅测量空间矢量的方法.用相机拍摄标定立方体实现相机标定;对空间直线成像,通过求解直线在图像上的消隐点,求解空间直线在相机坐标系下的方向矢量.模拟分析和实物计算均表明,该测量方案是可行的.     

基于交比不变性的相机镜头畸变标定研究

相机的标定对于整个摄影测量系统的精度起着至关重要的作用.主要研究了一种较为有效、易行的标定相机畸变参数的方法.标定物简单且容易获得,相机无须固定,可手持拍摄.利用交比不变的性质,拟合全视场的无畸变的虚拟网格,得到图像点的偏差,从而计算出畸变系数.最后通过比较畸变纠正前后空间点距离的测量,表明此方法可较为明显的修正镜头畸变,且简单易行.     

一种搭载深度相机的机器人手眼标定方法

针对机器人手眼标定过程中人工标定时间长和标定误差大的问题,以双目测量为基础,设计了一种基于深度相机的机器人手眼标定方法。深度相机对标定物进行成像并建立点云模型,通过标定物的特征点视差及深度值反映摄像机的空间关系,同时导入机器人基坐标系下坐标,计算手眼关系变换矩阵,完成机器人手眼关系标定。实验表明:该方法标定的平面误差不高于0.40 mm,空间误差不高于0.46 mm,标定时间不超过5 min。验证了该方法的正确性和有效性,提高了工业机器人标定过程的作业效率。     

基于IEKF序列图像分析的航天器相对状态测量方法

提出了一种基于IEKF序列图像分析的航天器间相对状态单目视觉测量方法。该方法利用具有正方形几何结构的4个目标特征点在物体坐标系中的空间坐标及它们在像平面上成像点的图像坐标,根据估计理论,采用迭代扩展卡尔曼滤波(iteratedextendedKalmanfilter,IEKF)方法解算出目标航天器与图像传感器的相对状态。试验结果表明:该方法不仅使作用距离大大提高,而且极大地提高了测量的稳定性。该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程、空间监视、目标拦截等应用领域中航天器间相对状态测量。     

基于线阵CCD的大视场二维平面定位系统

为了克服当前交互式电子白板系统技术复杂、定位精度低等缺点,提出一种基于线阵电荷耦合器件（CCD）的大视场二维平面定位系统,该系统由待定位物体、CCD摄像装置和信号处理电路组成.CCD获取待定位物体的信息送入信号处理电路处理,通过坐标变换快速校正CCD光学系统引起的畸变,得到待定位物体的位置.系统定位距离为1 360 mm,二维定位平面大小为1 574 mm×1 260 mm,定位误差小于2 mm,定位精度高于0.2%.搭建了相应的大视场二维平面定位系统.实验结果表明,该系统可实现大角度非接触式二维物体的精确动态定位.     

视觉测量误差的研究与讨论

通过模拟实验研究发现,测量误差随着标定参照物与摄像机之间距离的增大,及标定参照物与被测量平面间距离的减小,呈现出先增加后减小的趋势,而在标定参照物靠近摄像机时的误差最小．研究还发现,在被测平面到摄像机的距离保持不变时,被测区域越大,测量误差越大．     

基于数字测量技术的桥梁监测及预警系统

为了弥补传统测量手段在监测桥梁整体变形和长期实时监测的不足,克服基于单目视觉的数字摄影技术无法监测桥梁三维变形的缺陷,提出图像匹配-时间基线视差法。在适当位置布设观测站,架设数码相机,在距离数码相机不远处布设参考点组成参考平面,使得参考平面与摄影方向垂直,在桥梁上布设观测点。根据图像匹配-时间基线视差法求得变形点在物平面上的二维变形值,再利用三维变形监测原理将物平面上的水平变形分解到沿桥梁方向和垂直于桥梁方向,从而求得桥梁的三维变形。结果表明:桥梁变形点的监测精度在物平面上的X方向上为0.72 mm,在Z方向上为1.16 mm,能够满足变形监测的精度要求。凤凰山路桥在X, Y, Z以及综合方向上都表现出较好的弹性,且最大的正负挠度的绝对值之和为7.57 mm≈(1/8)×(L/1000)(桥梁挠度的容许变形),桥梁的健康状态良好。桥梁监测及预警系统能够实现数据获取、传输、存储、处理,以及结果展示一体化,且变形曲线图能够直观展示桥梁结构的变形走向,有效的预警潜在的危险。     

基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统研究

讨论一种新型激光雷达成像方法,建立以皮秒条纹管相机为接收器的激光雷达成像系统.该系统采用皮秒钇铝石榴石(yttrium aluminium garnet,YAG)激光器作为激光源,通过可调延时器和标准具对条纹管相机的扫描速度和非线性进行标定.结果表明,该系统中皮秒条纹管相机的时间分辨率优于2 ps,非线性小于2%,具有时间分辨率高、测量时间短和光谱测量范围宽等特点.用该系统对不同距离两物体进行成像实验,理论计算出两物体的距离差与实际距离差较接近,从而验证了采用该系统进行激光雷达成像的可行性.为基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统的建立提供了理论与实验依据.     

基于D型行波原理的配电网故障定位方法

对配电网故障N-的行波过程进行了分析,提出了一种基于D型行波原理的故障定位方法。该方法首先选择故障初始行波最先到达的测量点为参考测量点,然后利用参考测量点和其他接收到故障行波信号的测量点计算出多个故障点到参考测量点的距离,最后从计算出的多个故障点到参考测量点的距离中选择最大值作为配电网中最终故障点的位置。并用ATP仿真软件和MATLAB软件对该方法进行了仿真分析。仿真结果表明,在配电网内发生故阵时,此方法能够利用故障初期很短时间内的行波信号实现快速、准确的故障定位。     

一种基于圆环点的相机定标方法

提出了一种基于圆环点求解相机内参数的方法．该方法要求相机在至少3个不同方位摄取一个含有若干条直径的圆图像,提取图像中的椭圆和直线,利用相切的射影不变性确定灭点及消隐线,通过消隐线和椭圆求交计算圆环点的图像坐标,从而线性求解全部相机内参数．整个过程既不需要对模板进行精确度量,也不涉及图像匹配问题．大量的模拟和真实图像实验结果表明,该方法精确度高,鲁棒性强．     

CCD相机靶面倾斜误差修正应用研究

分析了光电经纬仪CCD相机靶面倾斜所带来的测量误差,解析了靶面倾斜时目标相对于光电经纬仪视轴的真实脱靶量和CCD靶面所读出的脱靶量之间的数学关系,给出了倾斜检测的方法及误差消除的数学公式,实践证明,本方法能较好地修正对CCD相机靶面倾斜对装备测量带来的影响,提高了测量精度.     

针对民用岸基雷达对船舶分型的方法

现在民用岸基雷达对于目标船舶的分型主要靠AIS完成,由于AIS需要船舶与岸基雷达互动才能完成船舶信息交流,因此在无法用AIS进行沟通的情况下,岸基雷达对于船舶的分型有很大困难。由此,文章在交通微波测距雷达对车辆分型方法的基础上提出了一种通过对雷达回波信号进行处理来对船舶进行分型的方法,即先将多个回波信号序列嵌入到一个多维轨迹空间内,对此空间内的信号做相关处理,然后提取两个最大特征向量构成最大主元平面。最后将信号在此平面上进行分解得到散点图。在散点图处理中,文章采用网格维的方法进行维数处理。通过MATLAB仿真,证明此种方法能够比较有效的对船舶进行分型。因此,此种方法可以作为岸基雷达在缺少AIS帮助下对于船舶分型的有益补充。