三线结构光视觉传感器现场标定方法

三线结构光视觉传感器由于获取信息量大、测量速度快等特点被广泛应用于工业现场测量。为了实现传感器高精度、快速的现场标定,提出了一种基于支持向量机的三线结构光视觉传感器标定方法。首先,设计标定靶标;其次,采集靶标图像后提取特征点亚像素坐标值;再次,基于支持向量机方法建立特征点的图像坐标和三维空间坐标的映射模型;最后,将待标定点图像坐标输入映射模型,即可得到三维空间坐标,实现对三线结构光视觉传感器的直接标定。实验验证,Y轴、Z轴方向上的测量绝对误差均值分别为0.021 1 mm和0.015 0 mm,具有较高的标定精度,且该标定方法标定过程简单、快速,适合现场标定。     

基于针孔模型的双目视觉标定误差仿真分析

为了直观反映双目视觉系统各参数标定误差对系统定位精度的影响,基于针孔摄像机成像模型和概率统计理论,运用蒙特卡罗法对轴线平行结构的系统定位误差进行仿真分析.针对视觉定位模型求解空间点表达式复杂的问题,为便于仿真,根据成像模型参数的相互独立性,提出了一种单参数分析定位误差的方法.利用该方法进行的仿真结果及其实验验证表明:内参数中,主点(u0,v0)的标定误差对系统X、Y方向定位精度影响大,焦距fu的标定误差对系统Z方向定位精度影响大;外参数中,旋转角β和基线t1对X、Y、Z3个方向定位精度的影响都较大.该结论对双目视觉系统设计及参数标定具有一定的参考价值.     

基于虚拟参考面的相位高度映射方法

在相位测量轮廓术中,相位高度映射是通过对若干 已知平面的高度和相位来完成系统标定。其中四 平面法所需数据量最少,但是单向相位高度映射在进行高度重建时,相位差越接近于0,则 重建高度误差越 大。为此提出一种基于虚拟参考面的相位高度映射法,即通过在原四平面基础上增加一个预 设高度的虚拟 平面,再拟合得到其相位分布,进而计算出适合于整个标定空间的系数表a、b 、c,从而显著提高物体三维 重建精度。实验结果证明了该方法的可以有效地减小映射高度误差,测得单向相位高度映射 法物体重建相 对误差低于4.76×10－2 mm,虚拟参考平面相位高度映射法物 体重建相对误差低于7×10－3 mm,平面测量均差低于5×10－3 mm。     

采用虚拟标准平面标定相位测量轮廓术系统

为了标定相位测量轮廓术系统中相位-高度映射关系,引入了虚拟标准平面。基于投影是摄像的逆过程这一事实,从摄像机模型出发,使用统一的数学模型和平面靶标来标定出摄像机和投影仪的内部、外部参量。再由双目视觉中的立体标定方法得出测量系统的几何结构。最后根据标定得到的参量,在测量体积内设置参考平面并计算得出参考平面及不同高度上平行于参考平面的各标准平面上的相位分布。利用最小二乘法求解相位-高度映射方程系数。实验测量的标准差达到0.046mm。对间距为1.00mm的台阶模型进行测量,实际测得间距为0.99mm。结果表明,该方法可行,简化了相位测量轮廓术系统标定过程。     

相机标定精度的外部影响因素实验分析

本文对特征点与标定图片数量、棋盘格尺寸及标定板位置3个外部因素对相机标定精度的影响进行了相应的对比实验。实验结果表明,标定板上的特征点数量越多,所需的标定图片数量就越少;棋盘格尺寸在10～20mm之间时,标定误差较小;标定板选择在X轴、Y轴方向距相机中心较近且Z轴方向距相机中心较远的位置时,标定结果较好。     

激光平面扫描3D测量系统快速标定技术

建立了激光平面扫描3D测量数学模型，提出了一种全新的3D测量系统参数的快速标定方法，设计了由2个完全垂直的平面组成的立体标定靶标，使用1个靶标可同时标定测量系统的摄像机参数和光平面方程参数。采用该方法对激光平面扫描测量系统进行了参数标定，用标定后的系统对标准平面进行了测量，空间测量精度优于0．1mm。     

基于消隐点的线结构光测量系统标定方法

针对现有线结构光测量系统标定模型复杂、需要特制靶标等局限性,提出了一种新的线结构光测量系统标定方法.利用精密导轨运载平面靶标沿着空间一个方向至少运动两次,创建一组在激光平面上的平行特征线.根据消隐点的原理,建立新的数学模型,可以标定成像像素与运动方向上一维信息的直接对应关系.改变导轨运动方向,另外两个空间正交方向上的像素-维度对应关系同样可以得到.与传统标定方法相比,所提标定方法无需标定系统多组空间关系,简化了传统标定过程,减少了误差的积累.另外,靶标可为普通平面,避免了特制靶标的制造困难.实验结果表明,所提方法测量结果均方根误差(RMSE)为0.0359 mm,平均绝对误差(MAE)为0.0306 mm,可以有效用于线结构光三维(3D)测量.     

基于平面靶标的线结构光视觉传感器机器人手眼标定方法

为确定线结构光视觉传感器与工业机器人法兰中心的位姿关系，设计了一种只有单个圆的平面靶标及标定方法。调整机器人姿态，使激光线经过平面靶标上实心圆的圆心，通过图像处理，得到圆心的像素坐标，转换后得到圆心在传感器坐标系下的坐标；多次调整姿态，获取多组图像，得到多组传感器坐标系下圆心坐标；结合对应机器人位姿关系，采用最小二乘法直接解算出手眼矩阵。实验结果表明，所提方法与采用标准球为靶标的手眼标定方法对比，反求得到的三维坐标的标准差由0.3893 mm降为0.2145 mm，以同一目标的不同间距为测量对象，均方根误差均有效减小。该方法提高了标定精度，不需要采用昂贵的靶标，适合于现场标定。     

合成孔径声呐运动误差的分析及补偿研究

对合成孔径声呐的运动误差进行了三维建模,分析了X,Y,Z方向3种位置误差对斜距的影响;给出了基于运动参数估计的运动补偿方法,并对侧摆误差模型进行了计算机仿真,仿真结果表明该方法有效地补偿了包络及相位误差,提高了成像质量。     

线结构光三维传感器扫描方向标定方法

线结构光三维传感器需要结合扫描机构才能对物体进行三维重构,在使用前需要对扫描方向进行标定。由于各个标定图像的清晰度不同,传统标定方法会多次引入噪声,降低了标定精度。为了减小由图像清晰度不同多次引入的噪声,本文提出了基于联合估计的扫描方向标定方法。在标定过程中,需要使用位移台将平面靶标移动一个固定的距离,使每个拍摄位置处的靶标相对相机坐标系的旋转矩阵相同,同时平移向量的变化由位移台的运动步长约束。通过对旋转矩阵和平移向量增加约束,将平面靶标上的二维特征点拓展为三维特征点;联合所有标定图像进行统一的单应性估计,减小了由图像清晰度不同多次引入的噪声。通过测量量块尺寸进行了验证实验,实验结果表明：所提方法的测量误差相比传统方法减小了约30%,而且所提方法具有更好的重复性。所提方法实现了线结构光三维传感器扫描方向的高精度标定,减小了传感器三维重构的误差。     

双模态信息融合的飞行目标位姿估计方法

针对在飞行目标位姿估计中背景复杂、目标提取及位姿解算精度低、速度实时性差等问题,提出了一种激光与图像信息融合的飞行目标位姿估计方法。首先,建立彩色相机和激光雷达间的坐标变换模型实现两传感器像素级匹配,对同一时刻的图像和点云进行融合处理;其次,采用Vi Be算法与深度信息融合对图像中运动目标进行提取,并根据图像目标的位置框选出对应的点云;最后,利用PnP算法进行特征点粗配准,获取点云间初始旋转平移矩阵,并采用迭代最近点算法进行精配准,利用IK-D Tree加速临近点搜索,提高配准速度。使用仿真试验和半实物仿真试验对方法准确性和稳定性进行了验证,结果显示：二维图像目标检测算法正确率为97%,错误分类比为0.011 2%;位姿估计算法与传统迭代最近点算法相比精度提高了53.2%,单次耗时从261 ms降低至132 ms,效率提升约49.4%,与其他算法相比也具有一定优势。为飞行目标落点精准预测和制导控制提供解决思路。     

Implementation,calibration and accuracy testing of an image-enhanced endoscopy system

This paper presents a new method for image-guided surgery called image-enhanced endoscopy. Registered real and virtual endoscopic images (perspective volume renderings generated from the same view as the endoscope camera using a preoperative image) are displayed simultaneously; when combined with the ability to vary tissue transparency in the virtual images, this provides surgeons with the ability to see beyond visible surfaces and, thus, provides additional exposure during surgery. A mount with four photoreflective spheres is rigidly attached to the endoscope and its position and orientation is tracked using an optical position sensor. Generation of virtual images that are accurately registered to the real endoscopic images requires calibration of the tracked endoscope. The calibration process determines intrinsic parameters (that represent the projection of three-dimensional points onto the two-dimensional endoscope camera imaging plane) and extrinsic parameters (that represent the transformation from the coordinate system of the tracker mount attached to the endoscope to the coordinate system of the endoscope camera), and determines radial lens distortion. The calibration routine is fast, automatic, accurate and reliable, and is insensitive to rotational orientation of the endoscope. The routine automatically detects, localizes, and identifies dots in a video image snapshot of the calibration target grid and determines the calibration parameters from the sets of known physical coordinates and localized image coordinates of the target grid dots. Using nonlinear lens-distortion correction, which can be performed at real-time rates (30 frames per second), the mean projection error is less than 0.5 mm at distances up to 25 mm from the endoscope tip, and less than 1.0 mm up to 45 mm. Experimental measurements and point-based registration error theory show that the tracking error is about 0.5-0.7 mm at the tip of the endoscope and less than 0.9 mm for all points in the field of view of the endoscope camera at a distance of up to 65 mm from the tip. It is probable that much of the projection error is due to endoscope tracking error rather than calibration error. Two examples of clinical applications are presented to illustrate the usefulness of image-enhanced endoscopy. This method is a useful addition to conventional image-guidance systems, which generally show only the position of the tip (and sometimes the orientation) of a surgical instrument or probe on reformatted image slices.     

手眼相机位姿测量精度理论分析及验证

从理论和实验上对手眼相机位姿测量精度进行了研究。首先,根据靶标设计形式和P3P 算法介绍位姿测量原理。接着,从理论上分析了位置测量精度和姿态测量精度,即靶标沿X 轴平移位置测量精度和靶标绕X 轴、Y 轴、Z 轴旋转测量精度。然后,对通常的检测方法进行分析,提出了以产生相对位姿实现六维自由度变化的检测方法,提出用中误差对测量精度进行评价,并具体介绍了检测方法。最后,对手眼相机测量精度进行了实际检测,将实验数据与理论数据进行了对比分析。实验结果表明:距离测量精度最大为25.60 mm,旋转测量精度最大为1.4毅,均满足测量精度的要求。     

线结构光双传感器测量系统的标定方法

针对现有线结构光双传感器测量系统标定过程中对设备要求高、标定过程复杂等难题,提出了一种简便的基于平面标定参照物的现场标定方法。该方法不需要设计复杂的校准模型和高精度的辅助调整设备,只需要将一个绘制有棋盘格图案的平面参照物在两个传感器公共的测量范围内任意摆放几个位置,即可完成双传感器标定,并建立两个传感器之间的相互关系,进一步将多个局部世界坐标系下的标定特征点统一到一个全局世界坐标系中,从而建立起两个传感器与线结构光平面间的标定方程。实验验证了该方法的可行性,实测平面高度的均方根(RMS)误差为0.03 mm。     

一种获取摄像机安装高度及倾角的简易标定方法

提出了一种在摄像机内参数已知的情况下,通过地面上已知的4个及以上共面点求解出摄像机安装高度和安装倾角的标定方法.选定地面为X-O-Y面,则Z轴方向的平移因子即为摄像机的安装高度.方法借鉴了利用共面点进行标定的方法,在计算过程中利用投影矩阵元素间的比值关系,巧妙地消除了深度因子的影响,求解出了旋转角度和摄像机的安装高度,进而得到了摄像机的外参数矩阵.将多组实验计算出的安装高度结果和实际测量值相对比,得到的误差非常小,证明了该算法计算简便且具有较高的准确性.     

基于彩色同心圆的投影仪标定算法

本文研究主动视觉系统中投影仪的平面标定方法。用固定的投影仪向画有青色同心圆的标定板上投影黄色与洋红色相间的棋盘格,用固定的摄像机采集若干幅标定板不同朝向的图像,对采集图像进行颜色通道过滤,得到投影仪标定所需的同心圆分量和棋盘格分量,结合摄像机投影仪图像之间的映射关系和同心圆的秩2约束来标定投影仪。此方法仅需用三幅图像,不仅可以标定出投影仪的所有内参数(包括倾斜参数),如果再一步深入,还可以标定出摄像机的内参数矩阵和主动视觉系统的外参数矩阵。实验结果表明本文的标定算法精度比较可观。     

多模馈源跟踪雷达幅相一致性标定研究

以前的脉冲跟踪雷达幅相一致性标定过程繁琐、标定环境受限。多模自跟踪雷达建立了天线偏离角与输出角偏差信号大小关系的数学模型,通过获取被跟踪目标相对天线角度变化值以及角偏差电压变化值,形成了幅相一致性标定的新方法,对提高幅相标定效率、克服标定环境局限性等具有重要的应用价值。     

光栅投影三维测量系统中标定技术的研究

相机和投影仪的标定精度决定光栅投影三维系统的测量精度。提出一种改进的标定方法。该方法在逆向相机模型的基础上对投影仪进行标定,利用相位编码法进行绝对相位展开,避免相机标定误差的引入,在标定过程中减少投影仪投射图案的数量,使标定操作更加简单、快速。在系统的标定过程中,利用投影仪投射的垂直、水平两组光栅图像,建立其与相机图像的对应关系,进而求得标志点圆心在投影仪图像上的像素坐标;然后利用带有径向畸变的相机模型对投影仪进行标定;最后进行系统的立体标定,确定相机和投影仪间的相对位置关系。实验结果表明所提方法切实可行。     

基于柔性铰链的FBG三维加速度传感器

针对振动测量中三维振动信号测量需要,基于柔性铰链设计了一种光纤光栅(FBG)三维加速度传感器。构建了传感器拾振机构的振动模型,介绍了传感器的结构模型和测量原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度理论公式,建立了拾振机构的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振机构关键尺寸参数进行优化设计。根据优化后尺寸制作了传感器,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明：该传感器在X轴、Y轴和Z轴方向的谐振频率分别为673,667和1 376 Hz,工作频率区间分别为0～220 Hz, 0～220 Hz和0～450 Hz,灵敏度分别为72.3,70.2和83.1 pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰能力,能够满足三维振动信号测量的要求。     

天线相位中心的测量和校准方法研究

天线相位中心的精确测量和校准在某些高精度测量应用的场合非常重要,它能有效减少天线测量点不准带来 的误差。本文介绍了一种天线相位中心的测量和校准方法,即采用球面近场的天线相位中心的测量方法并给出了天线 相位中心的修正方法,采用该方法能准确测量和校准天线的相位中心。试验结果验证了该方法的可行性和准确性。