光笔式视觉测量系统中的测头中心自标定

考虑光笔式视觉测量系统的测量精度与测头中心位置的准确性相关,本文提出一种基于系统测量模型的测头中心自标定方法.该方法利用每幅光笔图像上的控制点信息,根据位置不变原理建立目标优化函数;利用非线性方程组最小二乘解的广义逆法对目标函数进行优化求解,获得测头中心在光笔坐标系下的位置.最后,借助参考标准锥完成标定,并结合平均思想改善收敛稳定性和速度来实验验证本方法的实用性.实验结果显示,测头中心坐标x、y、z轴的稳定性可分别达到0.033 mm,0.030 mm和0.043 mm,且具有满意的收敛速度.另外,对测量工件圆孔直径与参考值进行比较表明:测头中心标定后,系统的测量精度可满足中等精度的工业测量要求.     

基于坐标变换的导轨CCD测距系统参数标定

对导轨CCD测距系统标定方法进行了研究,运用坐标转换运算求取了主点坐标、面阵CCD的纵横比和相机位于导轨左右位置时的位置关系,改进Tsai标定法对镜头焦距和镜头径向畸变进行了标定。设计了导轨CCD测距系统的标定实验,实验结果表明,标定后导轨CCD测距系统的测距精度有所提高,标定方法实用有效。     

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。     

随机模式投影双目测量系统中的单目测量方法

针对基于随机模式投影的双目立体测量系统的特点,提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先给出了一个简洁有效的标定算法,该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像（称为标定图像）,就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线。无需标定投影镜头畸变,且精度不受投影镜头畸变的影响。然后将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配,根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后采用标准平面对该方法进行测量精度验证,并给出了具体的测量实例。实验结果表明：平面度测量精度为0.0175mm,不确定度<0.05mm(3σ)。由于采用单目测量单元进行测量时,空间一点无需在两个摄像机视场内均可见,因此避免了因局部高光、被测物体自身遮挡等原因引起的三维测量数据丢失,有效地弥补了双目测量系统的不足。     

基于共面标定参照物的线结构光传感器快速标定方法

根据线结构光传感器的特点,提出了一种线结构光传感器的快速标定方法,利用摄像机投影中心及光条在摄像机像面上的信息,仅需一共面靶标即可实现摄像机与光平面之间位置参数的标定。快速标定方法允许共面靶标在测量空间内自由移动,且不需辅助调整设备,也不存在标定参照物不同平面间的相互遮挡。实验表明,快速标定方法可实现约0.5%的相对测量精度,证明了方案的合理、有效。     

接触线双目视觉测量系统标定及立体校正方法研究

由于单个相机的镜头焦距和像面中心位置均存在偏差,且镜头成像存在畸变,而双目测量系统的两个相机的相对位置参数也不可避免存在误差,这将直接影响双目测量结果的可靠性与精度。因此,必须对每个相机的参数及两相机的位置关系进行精确标定。利用张正友的平面模板两步法对相机的内参数矩阵、外参数矩阵、镜头畸变参数和两相机的相对位置关系进行标定;然后,基于所得到的标定结果,应用bouguet立体校正方法对两相机拍摄的一对图像进行校正。实验结果表明,两相机的平均重投影误差均小于0.2个像素,达到了比较理想的标定精度。而且,通过bouguet立体校正,可使得非共面、非行对齐的一对图像实现共面和行对齐,充分证明了标定结果的准确性与可靠性。对接触线及类似目标的双目测量系统设计开发与标定提供了重要参考与理论依据。     

一种基于网格的图像测量系统高精度标定方法

提出一种图像测量系统高精度标定方法,设计一种网格靶标,给出了图像分块处理和平行直线拟合方法的靶标特征点提取方法,并采用了一种基于靶标的摄像机位置调整方法。采用两步法对图像测量系统进行标定,首先进行线性标定,然后进行多项式拟合畸变校正。实验结果表明畸变校正后标定精度达到0.18像素,具有较高标定精度。     

一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法

在视觉测量系统中,相机的标定精度至关重要,将影响整个测量系统的精度。针对现有相机标定方法难以兼顾精度和操作复杂度的问题,本文提出了一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法。首先,将棋盘格置于不同位置,提取不同位置角点的世界坐标和像素坐标,对所有角点用线性变换和非线性最优算法求解出全局标定参数。然后,将角点分为中间区域角点和边缘区域角点,对两区域角点分别标定得到两组分区域标定参数。标定实验结果表明：与全局标定法相比,分区域标定法的图像平均投影误差至少降低16%。该方法操作简单,精度高,可以很好的应用于工业视觉检测。     

三坐标测量机驱动的摄像机标定技术

为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度,提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术,对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点,以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在X、Y、Z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标;在每一个确定位置,摄像机拍摄标定特征点的像,经图像处理后,计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标。引入测头坐标系,建立了该项摄像机标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。比对标定实验结果表明,基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当,数据相差在±1μm以内,满足工程实际精度要求,成本低、标定效率高。     

一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法（英文）

在视觉测量系统中,相机的标定精度至关重要,将影响整个测量系统的精度。针对现有相机标定方法难以兼顾精度和操作复杂度的问题,本文提出了一种基于棋盘格的高精度分区域相机标定方法。首先,将棋盘格置于不同位置,提取不同位置角点的世界坐标和像素坐标,对所有角点用线性变换和非线性最优算法求解出全局标定参数。然后,将角点分为中间区域角点和边缘区域角点,对两区域角点分别标定得到两组分区域标定参数。标定实验结果表明:与全局标定法相比,分区域标定法的图像平均投影误差至少降低16%。该方法操作简单,精度高,可以很好的应用于工业视觉检测。     

圆形目标精密定位方法的研究与应用

圆形目标的特征定位在计算机视觉中有着重要的作用.分析了在图像处理中影响圆形目标定位精度的几种主要因素,着重研究了圆形目标在透视投影变换过程中所产生的圆心偏差.基于摄像机的透视投影变换过程以及空间解析几何理论,提出了使用同心圆目标快速准确地获取图像中圆形目标圆心真实投影点的方法,同时建立了一种使用同心圆补偿镜头畸变的方法.仿真实验以及实物实验表明该方法可以准确且稳定地补偿透视投影变换过程中所产生的圆心偏差,从而获得图像中圆形目标圆心的真实投影点.该方法可以推广至视觉检测和摄像机参数标定中,利用其设置摄像机参数标定用标定板,具有一定的理论意义与工程实际应用价值.     

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。     

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。     

Calibration of line structured light vision system based on camera''s projective center

Based on the characteristics of line structured light sensor, a speedy method for the calibration was established. With the coplanar reference target, the spacial pose between camera and optical plane can be calibrated by using of the camera's projective center and the light's information in the camera's image surface. Without striction to the movement of the coplanar reference target and assistant adjustment equipment, this calibration method can be implemented. This method has been used and decreased the cost of calibration equipment, simplified the calibration procedure, improved calibration efficiency. Using experiment, the sensor can attain relative accuracy about 0.5%, which indicates the rationality and effectivity of this method.     

Calibration of line structured light vision system based on camera’s projective center

Based on the characteristics of line structured light sensor, a speedy method for the calibration was established. With the coplanar reference target, the spacial pose between camera and optical plane can be calibrated by using of the camera's projective center and the light's information in the camera's image surface. Without striction to the movement of the coplanar reference target and assistant adjustment equipment, this calibration method can be implemented. This method has been used and decreased the cost of calibration equipment, simplified the calibration procedure, improved calibration efficiency. Using experiment, the sensor can attain relative accuracy about 0.5％, which indicates the rationality and effectivity of this method.     

多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。     

Calibration of line structured light vision system based on camera’s projective center

1Introduction Avisionmeasurementmethodbasedonline structuredlight[1],withthecharacteristicof simplestructure,niceflexibility,fascinating speed,moderateprecisionandstrongresistance todisturbance,isadevelopednon touching technology,whichhasbeenwidelyappliedin manyfieldssuchashigh speedonlineinspec tion,qualitycontrolandreverseengineering.However,theopticalplaneofthelinestructured lightsensor,determinedbythebeamdistribu tionofthelightprojectorandlightstripesoft warearithmetic,isimaginaryandcannot…     

双目立体视觉测量系统的标定

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定,但是标定精度较低,故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物,仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程,即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定;同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明:该方法标定精度能够达到0.51%,可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难,以及摄像机自标定过程中算法冗杂,标定精度不高等问题,该方法操作简便,精度较好,适用于大视场双目测量系统的在线标定。     

SQUID二阶磁梯度计标定系统的空间位置优化

超导量子干涉器件(SQUID)是利用磁通量子化与约瑟夫森效应这两种特性而形成的超导器件,可以分辨极微弱磁场变化,在磁信号灵敏探测方面应用广泛。因此,为确保其输出映射的准确性与使用质量,对使用过程中其进行定期校准至关重要。本文针对SQUID二阶磁梯度计在使用过程中的标定系统优化问题展开讨论,以标定线圈圆心为中心点建立笛卡尔坐标系,固定Y轴方向的相对位置,首先从Z轴方向移动标定线圈找到电流灵敏度最大位置范围,之后进一步精确标定位置,在X轴方向找到对Z轴方向移动最不敏感的相对位置,为标定中可能出现的人为误差提供更大的容错范围。并通过解析模型与有限元仿真模型相互验证,为后续实验提供了理论依据与先行性。利用解析模型与有限元模型及实测数据确定SQUID二阶磁梯度计在使用中的校准系数均为1.107,并对所提出的标定方法所产生的不确定度进行分析,为梯度计在低噪声环境条件下进行标定提供了更大的鲁棒性。     

极紫外（EUV）单色仪波长定标

本文给出了一种新的EUV单色仪定标方法：通过测量标准气体He空阴极光源的30.38nm和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上作了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线。对标定结果作了分析,得出了在1nm～120nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射率时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为±0.04nm。