相机姿态校正模型的红外瞄具零位走动量测量

根据红外瞄具零位走动量高精度测试需求,提出了一种基于相机姿态自适应数学模型的红外瞄具零位走动量测量方法。设计了一种相机姿态自适应修正新算法,建立了相机姿态修正模型,并将其应用于零位走动量测量,克服了由于CCD相机倾斜引起零位走动量测量误差的难题。基于图像判读技术,采用重心法对针孔靶及瞄准分划图像进行定位,利用Zernike矩不变性质实现边缘点的亚像素细分。构建了实验系统,经实验验证,测量精度优于0.02mil(1mil=0.254cm),满足红外瞄具零位走动量的高精度测试需求。     

自适应卡尔曼滤波在磁干扰姿态测量中的应用

针对姿态测量系统陀螺仪漂移、周围局部磁场干扰制约姿态测量精度的问题,提出一种基于四元数的自适应卡尔曼滤波(q-AKF)的方法。该方法利用陀螺输出建立姿态解算误差角的状态方程,以磁强计输出构造自适应测量噪声协方差矩阵。仿真结果表明,相比无损卡尔曼滤波(UKF)算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,采用q-AKF算法补偿得到的姿态角误差不大于0.5°。q-AKF算法对磁强计进行补偿,能够有效抑制陀螺的漂移误差,提高磁干扰环境下姿态解算精度,具有较高的工程应用价值。     

基于共轭梯度的MARG传感器姿态解算方法

针对基于惯性测量单元(IMU)的姿态解算算法噪声大、精度低且无法准确解算偏航方向上姿态角变化的问题,提出一种基于共轭梯度算法的MARG传感器系统姿态解算方法。使用加速度计和磁强计测量姿态误差,通过共轭梯度算法对陀螺仪姿态四元数进行补偿和修正,对数据加权融合求解得到飞行器姿态四元数。利用三轴转台对算法稳定性和准确性进行验证,结果表明,该算法能够有效抑制测量噪声,提高姿态角解算的精度。     

双矢量定姿在煤矿掘进机姿态测量中的应用

针对现有巷道掘进机的姿态测量手段中普遍存在的高成本和误差累积等问题,文中提出了一种基于双矢量定姿原理的姿态测量算法。通过在巷道掘进环境中分别对重力矢量和光矢量进行构建与感知,利用惯性倾角测量和双目视觉测量技术,基于矢量元素分别在导航坐标系和掘进机载体坐标系中的数学表达,可实现掘进机载体坐标系相对于巷道导航坐标系的姿态解算。利用倾斜仪和双目相机组成的测量装置对指示激光和重力矢量进行测量,结合双矢量定姿算法即可完成掘进机机身的姿态解算。文中设计了静态重复性精度测量实验,结果表明该方法的姿态角重复性测量精度为0.066 2°。利用蒙特卡洛方法对可能会引入的误差源进行仿真分析,结果表明误差对方位角、俯仰角以及滚转角的影响分别为0.786 4°、0.454 8°和0.476 5°。     

基于L BFGS的自适应模糊互补滤波

针对惯性测量单元噪声大及常规姿态解算算法精度不高的问题,提出了一种基于拟牛顿法（L-BFGS）的自适应模糊互补滤波（AFCF）算法。该方法利用L-BFGS对加速度计、磁力计进行寻优估计,并通过监测系统的运动等级、加速度计、磁力计的误差,运用模糊逻辑理论调控加权因子及增益权重,动态地调整互补滤波参数,实现姿态误差的动态补偿,优化姿态解算结果。经实验验证,系统静态误差在0.4°内;动态误差在1.3°内,且该系统能减少噪声的干扰及陀螺仪的漂移。     

高精度瞄准镜零位走动量检测研究

为了解决高精度瞄准镜性能检测难点——检测各种环境试验条件下的零位走动量,设计了基于CCD图像检测技术的测试系统,该系统通过对高精度瞄准镜连接座上定位点试验前后位置测量,获得定位点位置差量,依据位置差量调整枪镜固定基座,使瞄准镜的连接座上的定位点复原至试验前位置,进而测量、计算出零位走动。通过对平行光管、CCD光学系统焦距的计算和系统精度分析,并经实际工程应用可知,测量精度不大于2.16",测量范围不小于4320",达到检测指标要求。结果表明,该测试系统检测方法正确可靠、检测精度高,为高精度瞄具零位走动的检测提供了方法。     

基于递推最小二乘算法的惯导姿态误差动态标定方法

在分析最小二乘算法原理的基础上,提出了一种基于递推最小二乘算法的惯导姿态误差动态标定方法,建立了计算模型,进行了仿真分析.仿真结果表明,该方法具有较高的解算精度和计算效率,航向误差解算精度优于3.5”,水平误差解算精度优于0.15".该方法解决了动态条件下惯导姿态误差实时标定的技术难题,对提高惯导姿态测量精度和测量船外...     

融合多传感信息的仿人机器人姿态解算

在RoboCup Soccer仿人机器人比赛中,机体姿态实时解算是仿人机器人运动控制系统的核心技术之一。文中分析了MEMS加速度计、磁强计和陀螺仪性能,以自主姿态测量为前提,融合惯性测量单元中多传感信息,提出了一种基于四元数的姿态解算算法。针对仿人机器人步行姿态控制中传感器数据存在的噪声干扰和测量误差,设计卡尔曼滤波器实现了对数据漂移的有效补偿,从而提高了全姿态检测的测量精度。试验结果验证了该算法对仿人机器人运动控制系统机体姿态实时解算的有效性。     

基于自适应无迹卡尔曼滤波的四旋翼无人机姿态解算

无人机在航姿模式下飞行时,姿态角误差波动较大,根据磁力计、加速度计和陀螺仪的互补性特点,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法对MEMS传感器数据进行优化求解：以姿态四元数和陀螺漂移为状态量,加速度计和磁力计测量值为观测量,采用梯度下降法优化无迹卡尔曼滤波的关键参数,即过程噪声协方差,以提高四旋翼无人机姿态解算精度。对实际飞行数据的分析表明：分别与常规卡尔曼滤波和传统无迹卡尔曼滤波算法相比,该方法精度最高,可确保小型无人机在各种情况下飞行的稳定性。     

基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法研究

针对视觉式头部定位系统存在着噪声统计特性掌握不充分的问题,设计了一种新的基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法,其综合了视觉测量算法和自适应滤波算法。在获取n对2D/3D(图像点/空间点)匹配对的基础上,先利用正交迭代算法(OI)解算头部姿态,然后应用自适应滤波器估计精度更高的头部姿态,最后针对带有时变噪声且噪声统计特性掌握不充分的测量值,应用头部姿态跟踪方法进行了仿真测试,结果显示该方法的测量精度有很大提高,并且验证了所设计的头部姿态跟踪方法是合理且有效的。     

航空视频图像定位技术

讨论航空摄影图像的系统几何校正方法,针对机载摄像平台对地观测系统,建立从相机坐标系到地球坐标系的一系列空间坐标系统。根据各个坐标系相互转换关系,建立系统几何校正模型,对图像进行系统几何校正计算,完成图像定位。实验结果表明在有激光测距数据参与情况下,提高原模型的校正计算精度,能够有效完成航拍视频图像的校正和定位计算。     

复杂深孔内轮廓结构光图像畸变矫正算法

为实现针对复杂深孔内轮廓表面几何参数的高精度测量,建立了基于结构光的内轮廓检测系统,但由于深孔内轮廓的曲面特性,相机采集到的图像相比于内轮廓展开后的平面图像存在较大的几何畸变,直接影响到内壁几何参数的量化精度。首先针对深孔内轮廓和内轮廓展开结构进行无差别建模,分析两者之间的空间坐标转换关系;然后综合考虑畸变矫正的精度和速度,借鉴三次样条插值函数、离散映射等理念提出了基于离散映射的深孔内轮廓矫正算法,实现针对深孔内轮廓的畸变在线矫正,检测精度达到亚像素水平,低于0.1 mm。     

CCD交汇测量系统布站方式的精度分析

采用空间光幕代替纸靶来实现对弹丸目标立靶坐标的实时获取。在分析了CCD相机的精度与结构参数精度对交汇测量精度的影响后，对两相机像面上不同位置点在靶面上的交汇坐标测量结果进行了仿真计算，最终给出了最优的布站方式及测量系统的最大误差。仿真结果证明CCD相机光轴正交时系统具有最高的测量精度。     

基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究

利用计算机视觉进行姿态测量的方法已广泛应用于现代控制、导航、跟踪等多个领域中。研究并设计了一种基于P4P矩形分布的平面靶标和EPNP算法结合的单目视觉姿态测量方法。首先,利用单相机获取平面靶标图像,经图像处理后得到四个特征点的像素坐标,并使用EPNP算法进行姿态解算;其次,对姿态角测量误差进行了仿真分析,为提高姿态测量精度提供了理论指导和依据;最后,提出一种与高精度二维转台结合的坐标系配准方法,利用该方法对三个方向姿态角精度进行验证。实验结果表明:当绕x和y轴的转动角度在[-6,6]时,姿态测量误差小于0.1,可以满足测量应用需求。     

多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正

针对多通道面阵CCD输出非均匀性问题,开展了多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正算法研究。论述了多通道面阵CCD输出非均匀性产生的原因,并对此提出了基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,通过FPGA进行了算法实现。基于线性响应的两点校正算法精度低,且不能满足全量程的要求;基于非线性响应的多点校正算法精度高,但运算量大,不易于在FPGA上实现。文中提出的基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,综合了以上两种算法的优点,具有运算量小、实用性强、精度高的优点。     

面阵CCD航空相机斜视图像的几何校正

为增大机载光电侦察系统的视场角,航空相机多采用扫描方式对地摄影成像,文章针对面阵CCD航空相机斜视摄影引起的图像变形进行校正。由于该类相机与载机之间存在方位和俯仰两轴运动,文章同时考虑相机相对载机的旋转角度和载机相对地面的姿态角,建立了更符合该类相机工作状态的六姿态角投影校正模型,推导出同一地物在畸变图像和标准图像上的像素坐标变换关系,采用双线性插值算法对坐标变换后的像素灰度值进行重采样,对航空图像进行自动校正。最后,对某机场的航拍图像进行校正实验,并与基于地面控制点的多项式校正方法以及基于畸变图像和参考图像配准的校正方法进行比较。实验结果表明,六姿态角投影校正模型能够取得比较高的校正精度(可达像素级),当姿态角的测量精度为3′,图像大小为512pixel×512pixel时,图像校正的均方根误差为1.174 7pixel。该方法不需要提供参考图像和野外采集地面控制点数据,便于工程实现,基本满足航空图像处理的稳定可靠、精度高、实时性强等要求。     

三镜头偏振CCD相机响应的非一致性校正

简要介绍了三镜头偏振CCD相机.在分析三镜头偏振CCD相机探测元响应的不均匀性和三个偏振方向响应的非一致性的基础上,介绍了一种基于辐射定标的校正方法.通过偏振测量实验,分别计算得到偏振光的真实偏振度、偏振成像原始图像和经非一致性校正后的图像的偏振度.结果表明,非一致性校正可提高成像偏振信息的解析精度.     

基于红外热图像灰度修正的辐射测温

基于红外热像仪的测温精度依赖于大气温度、相对湿度、大气透射率、翻转表像温度等参数的测量精度。为了减少这种依赖性和提高测量精度,提出了一种基于红外热图像灰度修正的辐射测温方法。首先基于高精度面源黑体建立了红外热图像灰度修正模型,然后通过灰度修正模型对实测的目标灰度进行修正,最后通过基于加权最小二乘法建立的热像仪辐射定标模型等计算出修正后的目标亮度和温度。在实验室环境下,分别基于红外热像灰度修正辐射测温法和直接用热像仪测温对目标进行了测量。结果表明,在实验室环境下,前者的平均测量精度较后者提高了3.6%。该方法对实验室环境下红外测温有较好的实用价值,对外场红外测温也有一定的借鉴意义。     

基于点特征的单目视觉位姿测量算法

针对位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题,提出一种基于点特征的单目视觉位姿测量算法。首先,根据共面4个特征点之间的位置关系,分别对平行和相交两种情况进行分析;其次,根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系,推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量,进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿;最后,用LM算法对初始位姿进行优化,得到最终位姿。实验结果表明:文中算法的合成误差为0.54 mm;现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法的合成误差分别为1.28、1.52和4.26 mm;文中算法的合成误差分别减小了57.8%、64.4%和87.3%,优于现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法。     

CCD摄像机参数标定实验设计

CCD摄像机标定技术是视觉检测技术中的最基本内容,为有助于学生正确理解和掌握视觉检测技术,本文设计了CCD摄像机参数的标定实验。详细介绍了CCD摄像机透视成像模型、RAC标定方法以及标定点空间坐标和图像坐标的获取方法,结合标定软件讲述了标定的主要步骤。