基于双目视觉的棒材端面中心点定位

在利用标签焊接机器人为捆装棒材焊接标签时，需要向其提供一组棒材端面中心点的三维坐标，针对从捆装棒材中选择并定位棒材端面中心点的问题，提出一种基于双目立体视觉的方法。该方法利用双目视觉系统的虚拟像平面模型，通过将平面标定板摆放在平行于捆装棒材端平面的位置进行两台相机的外参标定，根据标定结果生成目标在该标定平面上的虚拟图像；采用SVM和连通区的方法提取虚拟图像中棒材端面中心点特征；采用极线约束和中心点共面约束的方法进行特征匹配，向机器人提供一组端面中心点三维坐标。仿真实验结果显示提供给机器人的推荐点均来自正确匹配点对，说明本文提出的特征匹配算法有效；真实实验中推荐点深度位移最大误差为0.20 mm，平均误差为0.09 mm，说明本文提出的棒材中心点特征提取方法有效。     

隧道围岩沉降自适应实时识别及测量

针对传统隧道围岩沉降监测方法鲁棒性较差、难以及时有效的监测隧道围岩沉降值的问题,提出将坐标注意力结合目标检测算法的隧道围岩沉降自适应识别测量算法。利用工业相机拍摄不同环境靶标图像建立数据集,训练具有坐标注意力的目标检测模型,在测试集中验证模型预测精度为97.9%。使用图像中靶标的数字以及LED灯点的像素坐标标定测量算法模型并计算沉降值。结果表明在25 m范围内测量误差小于1 cm,在10 m范围内的靶标测量误差小于5 mm。     

输电线路覆冰导线图像处理及边缘检测

提出一种基于图像处理技术并利用相机光学成像原理的线路覆冰厚度测量方法,利用相机小孔成像原理的测量模型,能够非常精准地测算出导线覆冰厚度。利用人工拍摄目标图像,用MATLAB仿真软件将目标图像经过图像灰度化、滤波除噪、图像增强等图像预处理后,对图像进行边缘检测,在目标覆冰导线直径方向选取一组像素坐标点,可得出像素坐标差vv’。     

基于结构光测量技术的 DMD 自适应掩膜生成

为解决强反射表面物体测量过程中易发生局部镜面反射,影响测量精度的问题。将数字微镜添加到结构光测量光路中并设计搭建测量系统,包括数字微镜、CCD相机、投影仪等器件。完成了系统的匹配、相机和投影仪的参数标定以及相位计算,采用麻雀搜索算法优化BP神经网络的方法建立数字微镜单元和相机像素单元之间的坐标映射关系,映射误差为0.583 pixels。基于PID控制器提出一种自适应掩膜生成方法,并对具有强反射表面的量块进行了测量实验,实验表明该方法能有效降低过曝光区域的灰度,实现了高动态范围成像。提出的方法可为强反射表面的三维测量提供理论支撑。     

旋转扫描结构光的三维检测系统及其标定

针对传统平移扫描检测系统的缺陷,提出了一种基于旋转扫描线结构光的三维检测与重构系统及对应的系统参数标定方法,建立了点云数据获取模型。被测物体通过旋转实现与线结构光间的相对运动,得到被测物体的外表面二维图像。系统标定获得图像坐标与世界坐标间的转换关系,得到被测物体的三维坐标信息及数字模型。由实验可知,相机的标定精度为0.2 mm,原理样机进行物体测量的精度为0.1 mm。实验证明该系统检测精度高,具有可行性。     

基于全景相机的3D坐标测量方法

全景相机通过一次成像获取其周围3600场景,是一种大视场快速图像采集装置。研究了应用双鱼眼全景相机获取三维空间点的方法,研究了单鱼眼镜头成像模型,双鱼眼全景相机成像模型及图像变换原理。研究了鱼眼镜头成像畸变等校模型参数的标定方法,实现了对鱼眼畸变图像的矫正。提出了由全景图像数据解算任意方向等效鱼眼镜头成像数据的数学模型。最后应用平行光轴双目立体视觉技术,获得了被测场景的3D坐标数据。研究结果表明,应用这种方法在4 m×3 m×3 m的测量范围内精度可达13 mm。     

关节臂坐标测量机圆光栅偏心误差建模及修正研究

在不增加关节臂坐标测量机硬件成本的基础上,为了提高测量精度,提出了包含圆光栅偏心误差的测量模型方案。分析了关节臂坐标测量机圆光栅偏心状况,通过圆光栅偏心误差实验对第1、2关节处圆光栅偏心误差模型参数进行了辨识,建立了包含前两关节圆光栅偏心误差的测量模型。使用自制的标准杆组件对两种测量模型进行了标定实验,并运用LM算法进行了参数标定。结果表明不包含圆光栅偏心误差测量模型的关节臂坐标测量机的测量误差为0.083 4 mm,而包含两关节圆光栅偏心误差的关节臂坐标测量机测量误差为0.065 0 mm。经过圆光栅偏心误差修正后,其测量精度提高了22%,同时也论证了圆光栅偏心误差是制约关节臂坐标测量机测量精度的影响因素之一。     

CMM机构误差引入的空间点不确定度评定

提出了一种坐标测量机空间点测量不确定度的评定方法。在坐标测量机的准刚体模型下,通过坐标系旋转矩阵建立空间坐标点的三维测量模型;依据A类和B类评定方法,通过误差检测实验,量化21项机构误差所引起的不确定度分量;最后,根据测量不确定度表示指南(GUM)评定三坐标测量机机构误差引入的空间任一点的三维标准不确定度。采用Renishaw激光干涉仪对一台未经过误差补偿的三坐标测量机进行误差检测并评定出机构误差引入空间点的三维不确定度,验证了该方法的可行性,使得基于GUM评定CMM的测量不确定度成为可能。     

基于角点的双目视觉绝对定位研究

针对于双目视觉中立体匹配难,获取视差不准确,提出利用亚像素特征角点进行立体匹配,利用张氏标定法先进行单目标定,再进行双目标定,对输入图片进行校正,人工选择特征点点对进行立体匹配得到视差,利用三角测量法,通过视差与重投影矩阵,得到单个空间点的三维坐标,将其转换到跟踪仪坐标系与跟踪仪测量反射球的空间坐标进行比较,利用视觉系统测量特征点的不同位置的三维坐标继而得到空间距离,将其与跟踪仪测量反射球移动得到的距离进行比较。实验结果表明在视野为1 m×1 m×1.5 m的范围内每个特征点空间坐标定位精度在3 mm以下,距离测量精度在0.5 mm以下,相对误差最小能达到0.2%。在特征点提取准确的情况下,运算量少,效率高,能达到较高的测量精度。     

基于单目摄像头的电网设备测距模型

针对电力系统巡检过程中双目测距算法的复杂性,提出了一种基于相机高度和俯仰角的单目测距模型,有效解决了电力系统中的测距问题。同时针对测距应用中相机高度和俯仰角的变化,考虑了影响因素对测距精度的影响,具有良好的可靠性。通过测量相机高度和俯仰角,识别图像中目标物体所在区域,根据相机内参对采集到的图像进行坐标变换,获得目标物体的三维坐标信息,根据测距模型计算出实际距离,通过实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于卡尔曼滤波的InSAR柔性基线距离测量

对于柔性长基线构型的双天线InSAR系统,基线矢量动态偏移产生的误差会降低系统的成像质量,并最终影响高程精度。针对单相机和激光测距仪组合测量系统中如何提高基线距离向精度的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的基线距离测量方法。建立了基线距离向抖动数学模型,在此模型基础上提出了基于卡尔曼滤波的动态测量方法,对该方法进行了动态仿真分析。仿真结果表明,在几十米的测量距离内,该方法能够将基线距离向的测量精度降低到亚毫米量级,是测量基线距离的有效方法。     

微纳测量机靶镜正交偏差角测量不确定度评定

三维靶镜是微纳米坐标测量机系统中的重要组成部分,其各面间正交性对保障系统测量精度至关重要。 为检验三维靶 镜加工是否符合测量机精度要求,对三维靶镜正交偏差角进行测量及不确定度评定,在量值特性分析建模基础上,研究了测量 不确定度表示指南传统方法(称为 GUM 法)、蒙特卡洛方法(MCM)及自适应蒙特卡洛方法(AMCM)3 种测量评定方法。 测量 评定结果对比表明,三维靶镜加工精度基本符合预期要求,其中 Z-X 面和 Y-Z 面的面间夹角均为 0. 5″左右,X-Y 面间夹角在 3. 3″左右;3 种方法所得评定结果基本一致,MCM 和 AMCM 较 GUM 法评定结果更合理,AMCM 相对 MCM 更高效。 所做工作为 后续研究微纳米坐标测量机面向任务的测量不确定度评定提供了借鉴方法。     

基于鱼眼相机畸变图像的大尺寸目标测量方法

为满足大尺寸目标高精度图像测量的需求,提出一种利用鱼眼畸变图像实现宽视野、大几何尺寸目标测量方法。根据非线性畸变的多项式逼近函数建立鱼眼相机成像模型,通过立体标定板来确定相机参数;将相机沿光轴方向移动采集一组图像,建立鱼眼相机的测量模型实现待测目标尺寸的测量。通过对棋盘格和某大型建筑物几何尺寸的测量实验表明,本文提出的直接利用畸变图像进行测量的方法优于传统的将畸变图像校正成线性图像测量的方法,具有更高的测量精度和稳定性。     

一种简易的基于矩形靶标的相机定位方法

针对交通视频监控的双目视觉相机定位问题,使用相机成像的仿射原理和光学透镜成像原理,建立相机像点与原像之间的非线性数学模型。采用外公切线法确定圆心的像,由光学成像几何关系得到非线性等式模型,应用MATLAB求解模型。从误差分析中得出模型相对误差小于0．16％,精度较高。模型建立后,整个标定过程不需要人工干预,可以自动进行标定,实用性好。     

基于激光多边法的坐标测量系统自标定研究

基于激光多边法的坐标测量系统是针对现代装备制造业某些产品尺寸越来越大,而精度要求却越来越高这一特点提出的。系统可利用多边法实现冗余测量,再通过增加目标点个数实现自标定。建立在此思想基础上的多目标点模型,在一定意义上统一了标定和测量,但仿真结果表明该模型的自标定精度受到传感器测距精度、目标点布局方式、目标点个数和测量基站布局方式的影响。所提出的无目标点模型减少了影响因素,其自标定精度主要取决于传感器测距精度,因此可有效保证系统自标定精度,且该模型计算耗时少、解算简单,可实现测量过程中适时标定。     

基于最优投影圆锥底面的罐口位姿测量方法

为了引导并联机器人装料过程中的自动对位,提出一种高精度的罐口位姿双目测量方法。通过图像预处理提取罐口图像上下边缘亚像素点,建立空间圆双目投影椭圆锥模型,在世界坐标系下构建椭圆锥底面,通过成像椭圆轮廓像素信息与椭圆锥底面之间的映射关系,寻找最优圆锥底面所在坐标系得到目标姿态,利用姿态修正计算对应真实圆心像素所在位置,用双目三角测量法得到世界坐标系下的圆心三维坐标。针对空间圆投影二义性问题,提出利用罐口沿口消除二义性。经仿真和实验验证,算法精度高且能满足大角度姿态测量,实验测量姿态的最大误差为1.8°,真实圆心像素提取最大误差为0.98 pixels。方法无需任何辅助测量和约束条件,有效提高了装料过程中的自动化效率。     

基于双目视觉的车辆外廓尺寸测量方法

针对目前车辆外廓尺寸测量成本高、安装复杂且三维轮廓重构质量差的问题，提出了基于双目视觉的车辆外廓尺寸测量方法。该方法首先对双目相机采集的车辆图像对进行校正，并通过改进后的立体匹配算法计算生成车辆视差图。基于双目视觉三维测量原理解算车辆轮廓视差信息进行三维重构，生成车辆点云。针对相机盲区车辆轮廓数据缺失问题，设计了基于车牌识别的点云对称修复方法，生成完整车辆三维轮廓。实验结果表明，3种车型的测量示值误差均小于1%，车辆模型重构完整度高。     

TDI CCD相机大姿态角推扫成像行频精确匹配

针对大视场TDI CCD相机大姿态角推扫成像过程中像面上像点像速差异较大,行频匹配精度不高引起的相机传函下降等问题,提出一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法。首先,阐述了大视场遥感相机像速场的主要特点及像速匹配的关键问题;其次,深入分析了大视场TDI CCD相机大角度侧摆和前后摆推扫成像的像速场特性;然后,根据像速场特性制定同速匹配模式和异速匹配模式,分析传函特性,确定各自模式的使用条件;最后,提出了一种可支持粗调和精调的高精度行频匹配方法,并分析已实现行频匹配方法的精度,最终满足给定行频匹配精度要求。实验结果表明：在积分级数为96级,粗调方法使行频精度达到0．999425,精调方法使行频精度达到0．999928,2种方法均能使相机传函MTF优于0．998,从而实现大视场TDI CCD相机在各种大姿态角推扫成像条件下高质量成像。     

一种机器人视觉系统自动标定方法研究

本文介绍了机器人视觉系统标定的现状,以及现行标定方法的优缺点。在相机固定、机器人末端执行器在平面内运动的场合,本文利用机器人系统的通讯功能,触发相机对同一目标位置在拍照平面内多次移动机器人末端执行器的位置进行拍照,然后通过机器人程序记录多组图像点、机器人坐标点,并引入最小二乘法进行标定图像点、机器人坐标点关系,并编写相关机器人程序自动计算标定的关系因子,并进行了可靠性验证,证明了改进法计算出的工件坐标误差比常规两点方法计算出的工件坐标误差大大减小,提高了标定的速度、便捷程度、标定精度。     

精确三维数据测量的双目视觉系统优化设计

针对绝缘斗臂车空间机械臂中的双目视觉系统,文章研究了视觉系统中两个全景相机参数的最优设计和标定问题,构造了对系统中摄像机位置、方向和镜面形状等因素进行优化配置后的模型,以获得更高的三维数据测量精度。为了构造最佳视觉系统配置,根据数据计算过程中的误差传播分析、图像像素量化精度和角度分辨率变化,推导了三维测量误差模型的解析公式。然后,将该公式用于框架优化中,能够针对不同形状的系统设置环境找到最佳系统配置。对于具有长方体三维测量区域和相机放置区域的常规情况,利用所提出的解析公式推导其系统配置的次优解,并证明了该次优解的精度趋近于其最优解。最后,仿真和实际应用案例的实验结果表明了所提出方法可有效提高双目测距的准确性与鲁棒性,且运行速度较快。