双目视觉测量系统结构参数优化问题研究

研究了双目视觉测量系统的结构参数优化问题.对双目视觉测量的有效视场约束条件进行了数学描述,建立了双目视觉坐标测量系统的数学模型.在考虑像点提取误差的条件下,利用误差理论建立了测量误差模型,并基于待测量的视场范围要求,定义了测量系统结构参数的优化指标.最后,通过枚举法进行了优化求解.     

基于激光视觉技术的运动目标位姿测量与误差分析

针对当前方法测量运动目标姿态和位置存在精度较低的问题,将激光视觉技术应用到运动目标位姿的测量中,提出基于激光视觉技术的运动目标位姿测量与误差分析方法。利用三维激光扫描仪和双目相机构成的系统,实现运动目标位姿的测量,分别采用三维激光扫描仪和双目相机采集运动目标的深度信息和二维图像信息,融合深度信息和二维图像信息,获取运动目标的位姿。通过三维坐标和光斑图像坐标、外部参数以及位姿解算之间存在的误差传递矩阵,构建运动目标位姿测量综合误差传递模型,利用误差传递模型对测量结果中存在的位姿误差进行分析,根据分析结果对运动目标位姿测量过程进行改进和优化,提高运动目标位姿测量结果的精度。在模拟风洞的实验环境中,验证了基于激光视觉技术的运动目标位姿测量与误差分析方法的可行性。     

面向小型机器人的超大视场红外立体视觉可行性分析

小型机器人传统视觉方法对环境适应性差。提出了一种基于双目超大视场红外相机的环境感知方法。利用大视场镜头高阶奇次多项式模型,建立了超大视场红外双目立体成像的水平和垂直视差数字模型。以视差模型为基础建立超大视场红外双目视觉模型,研究了超大视场红外双目系统立体视觉范围和阈值。搭建了视场为170°×128°的超大视场红外立体视觉系统,分析了立体视觉范围及阈值应用于小型机器人视觉的可行性。同时,针对照度不均、雾霾等条件下的场景开展超大视场红外双目立体视觉实验研究,构建了双目图像标准视差图,结果表明,超大视场红外双目立体视觉系统对复杂场景具有良好的适应性,基本能够满足小型机器人视觉系统需求。     

CCD双目立体视觉测量系统的理论研究

利用几何成像原理建立起CCD双目立体视觉测量系统的数学模型,从提高系统测量精度出发,在理论上重点对系统结构参数、图像识别误差与系统测量精度的关系进行了深入的分析和探讨,并通过实验对结论进行了验证.研究内容对实际建立该测量系统具有很强的指导作用.     

双CCD视觉传感器测量分辨率和有效视场的理论研究

综合分析了ＣＣＤ视觉传感器中测量分辨率，有效视场，两个ＣＣＤ摄像机摆放姿态以及ＣＣＤ本身各参数之间的关系。利用这些关系可指导立体视觉传感器的结构设计。     

气液两相流三维测量中虚拟立体视觉传感器的优化设计与实验

针对高速动态的气液两相流动对象,基于双目体视原理,采用单台高速摄像机和反射镜组,对虚拟立体视觉传感器进行了优化设计;对气泡发生装置中竖直向上的气泡特征参数进行三维测量。建立虚拟立体视觉传感器三维测量模型,综合考虑实际视场、传感器结构和测量误差等因素,通过结构参数对3方面性能影响的仿真分析,最终确定传感器的结构参数。实验结果表明,传感器测量空间距离误差优于0.14 mm,相对误差优于0.49%,适于气液两相流动态测量,可以实现气泡运动的三维重建。     

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.     

利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

基于双目视觉飞行目标落地参数测量方法研究

飞行目标落地参数是评定飞行目标系统性能的重要技术指标.为了测量飞行目标落地参数,采用放置在落弹点区域附近的凝视等待式双目视觉摄像机,高速摄像交汇测量飞行目标的落地参数.由最小二乘法拟合目标各时刻质心的空间三维坐标,建立了目标三维空间轨迹的多项式函数,对多项式函数求导得到目标的飞行速度.针对回转体类飞行目标特点,根据其在摄像机像面成像的情况,将目标分为三类,采用了不同的姿态测量方案,并对测量的误差来源进行了分析,提出了减小测量误差的方法.实验与理论分析表明,所采用的速度与姿态测量方法正确、可靠,速度的测量误差小于1%,大目标和过渡目标姿态角测量误差小于0.5°,为飞行目标的动态参数测量提供了一条新的便捷可靠的途径.     

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°。     

六自由度姿态变换视觉实验平台及应用

为了适应生产线上不同摆放姿态下工件的视觉识别,实现基于视觉的机器人工件定位及抓取,构建了六自由度工件姿态变换模拟实验平台运动学模型及视觉系统模型,通过坐标变换实现工件姿态参量的测量。建立了六自由度姿态变换实验平台坐标系,通过3个滑动副、3个转动副,构建了基于Denavit-Hartenberg（D-H）方法的六自由度姿态变换实验平台运动学模型,并得到了D-H参量表、各个关节的变换矩阵及实验平台基座到末端的总变换矩阵。基于小孔成像原理,构建了姿态变换实验平台视觉系统的内、外参量模型,获得了工件表面点与图像点间的内参量关系矩阵及工件坐标系与相机坐标间的外关系矩阵。由激光环形光条图像,得到工件表面在摄像机坐标系中的法向量,并通过坐标系间的变换得到工件表面在世界坐标系中的法向量,进而推算出工件的姿态参量。结果表明,姿态参量的横滚角θ平均误差为0.373°,俯仰角φ平均误差为0.253°,偏转角ξ平均误差为0.673°。被测工件的姿态测量值与真实值基本吻合,满足不同姿态下的工件视觉测量要求。     

多传感器线结构光视觉测量系统全局校准

针对现有多传感器线结构光视觉测量系统全局校准过程中通常需要三维测量设备、校准过程复杂等问题,提出了一种基于一维靶标的多传感器线结构光视觉测量系统全局校准方法。此方法以一维靶标为中介,首先由每个线结构光视觉传感器得到光条与一维靶标相交点在各自测量坐标系下的三维坐标,然后由交比不变性得到相交点在一维靶标坐标系下的坐标,进而...     

基于机器视觉的螺纹参量测量系统

为了高精度测量螺纹的各项参量,建立了基于机器视觉技术的螺纹参量测量系统。采用螺纹工件旋转、相机跟随拍摄的方式采集螺纹在平行背光下的轮廓数据,实现了螺纹的各项参量测量,扩大了系统的测量范围,并且降低了相机标定误差的影响。推导了坐标系统转换方程,通过标定实现了坐标统一,并推导了螺纹参量计算公式;针对CCD相机光轴和螺纹轴线垂直时螺旋线对螺纹牙投影产生遮挡失真情况建立了数学补偿模型。结果表明,得到的测量不确定度小于2m,重复性优于4m。该系统可以完成螺纹的各项参量测量。     

热真空环境下二维尺寸视觉测量标定方法研究

针对热真空环境条件对视觉测量精度影响的问题,提出了一种新的基于像素当量的二维尺寸视觉测量系统实时标定方法。该方法采用光刻已知尺寸线条的石英标准件作为测量基准,利用一阶微分期望亚像素细分算法和最小二乘拟合,可实时获取较高精度的像素当量值从而减小环境误差。热真空环境下的实验结果表明,该方法可用于热真空环境下二维小尺寸视觉测量的标定。     

基于图模型的小尺寸飞行器地面试验中位姿估计方法

在多飞行器地面试验位姿估计中,由于跟踪算法导致的跟踪轨迹不连续会使得位姿估计产生累积误差,为了实现位姿的精确估计,提出了一种基于图模型的全局位姿估计非线性优化方法。首先,建立了一个飞行器地面视觉位姿估计系统。然后根据飞行器上特征点的数目提出了一种向量交叉式的飞行器位姿解算方法,求解得到数据已关联飞行器位姿估计值。利用中介坐标系法求解得到轨迹段初始位姿节点在测量坐标系下的值,最后,在图模型基础上下,对整个量测过程中飞行器的位姿估计结果进行非线性全局优化减小线性算法的累积误差,并通过仿真与实际实验对飞行器位姿估计算法的可行性与精度进行验证。实验结果表明:在测量范围为6 000 mm×6 000 mm×3 000 mm的范围内,飞行器尺寸约为400 mm,特征点三维定位精度为2.9 mm的条件下,基于非线性优化的飞行器位姿估计算法的理论精度分别可达0.5°(3σ)与3 mm (3σ),实际绝对测量精度分别可达1.3°(3σ)与4 mm (3σ),基本满足地面试验对多飞行器编队算法开发以及制导控制系统性能长时间评估稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。     

机械臂双目视觉系统内外参高精度标定

在空间站机械臂中,双目视觉系统作为其重要组成部分,能够引导机械臂自主完成对目标的定位和捕获。内外参标定技术是双目相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息进而进行三维重建的首要前提和重要保障。文中提出了一种基于光束法平差算法的双目视觉系统内外参标定技术,采用三维靶标场作为标定目标,并将高精度测角设备经纬仪作为精测基准,通过坐标转换解算分步得到相机的内、外参数。实验表明,该方法标定的相机内参重投影误差小于0.5个像元,外参测试误差为±0.19 mm,有较高的测试精度和鲁棒性,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供可靠依据。     

基于视觉/惯导的掘进机实时位姿测量方法研究

针对煤矿井下掘进机实时位姿自动检测的难题,通过分析比较现有几种位姿测量方法的优缺点,提出了一种基于视觉/惯导的掘进机位姿组合测量方法。该方法通过激光捷联式惯导系统得到掘进机的姿态信息、单目视觉测量掘进机的位置信息,从而实现掘进机实时位姿的5自由度测量。依托大柳塔煤矿的快掘设备对该方法进行了实验验证。结果表明,姿态测量精度为0.1°,静态漂移的标准差不大于0.25°,位置定位精度优于1cm。该方法能够用于掘进机实时位姿测量,具有广阔的工程应用前景。     

彩色三维激光扫描系统结构参数的优化设计

介绍了彩色三维激光扫描测量系统的工作原理 ,推导出空间三维坐标的光平面方程测量模型。提出了系统结构参数的优化设计方法 ,进行了优化实验 ,根据实验结果 ,确定了测量系统的最佳参数值。基于这些参数建造的测量系统 ,在 2 5 0mm× 2 0 0mm× 5 0mm测量范围内 ,测量误差小于 0 1mm。