虚拟立体视觉自由飞行昆虫运动参数测量系统

本文提出了用于测量自由飞行昆虫运动参数的立体视觉测量系统,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量.文章在分析虚拟四目立体视觉测量原理的基础上搭建了虚拟四目立体视觉测量系统,并设计了自由飞行昆虫的引导装置,最后利用该测量系统和引导装置实现了自由飞行昆虫双侧翅膀运动参数的测量.实验结果表明该系统不仅降低了系统成本而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性,对研究自由飞行状态昆虫运动机理具有重要意义.     

昆虫飞行信息自动化采集装置的设计

针对现有昆虫飞行信息采集方法中存在的采集数据量大、采集效率低和束缚实验对象等问题,设计了一种基于视觉检测技术的自动化采集装置。该装置主要包括障碍通道模块、运动触发采集模块、飞行轨迹信息模块和自动采集控制系统。首先,根据控制功能的需求设计了间隙控制器,采用激光测距传感器和步进电机等硬件实现了闭环控制;其次,采用STM32微控制器为控制终端,并结合运动方向检测算法触发Blackfly S USB3高速相机,实现昆虫在指定运动方向的序列图像采集;然后,利用开源计算机视觉库OpenCV分析采集的序列图像,获取昆虫的飞行轨迹信息;最后,通过嵌入式控制系统协调各模块之间的通信,以达到高效、稳定获取昆虫飞行信息的设计要求。为了验证该装置的适用性和准确率,选取中华蜜蜂进行穿越间隙的实验,实验结果表明：在静态环境中,该装置能获取完整、清晰的飞行序列图像,平均准确率达到73.24%,采集性能稳定,有效提升了采集效率。通过分析蜜蜂的飞行轨迹信息,推断出其识别间隙的机制与横向运动的幅度和速度存在联系,这为深度研究蜜蜂的飞行机制提供了支持。     

基于几何法立体图像校正的研究

立体视觉图像校正是加速立体匹配简单而常用的技术之一。采用几何法对使用棱镜的单镜头立体视觉系统图像进行校正,根据成像原理,从图像平面像素点反推到三维实体点的分析运算,利用成像光线几何关系求解虚拟相机外部参数,实现极线的校正,避免了复杂相机标定过程。同时,该算法可以从双棱镜应用推广到多面棱镜的单棱镜立体视觉系统图像校正。实验结果表明,基于几何法对使用棱镜的单镜头立体视觉系统图像校正是有效的。     

基于视觉临场感的机器人遥操作系统

介绍了基于视觉临场感的机器人遥操作系统。该系统有机地把视觉临场感技术和机器人遥操作技术结合在一起,显著地提高了遥操作系统的性能。系统自主研制了视觉临场感系统,在普通的微机上实现了时分多路的立体视觉系统。自主研制了ＰＳＤ实时测量和位姿解算系统,实现了操作者的手部位姿的实时测量。深入地研究了机器人实时跟踪控制的算法,并在原有ＰＵＭＡ５６０机器人的基础上改造了核心控制软件,实现了机器人对操作者手部运动的     

视觉测量传感器系统结构参数设计分析

依据三角法建立了基于线结构光和对称式双目立体视觉的两种典型视觉传感器坐标测量系统数学模型.通过对坐标测量模型及传感器各结构参数之间的相互关系分析,研究了线结构光视觉传感器和双目立体视觉传感器坐标测量系统结构参数及其误差对系统综合测量精度的影响关系特性.在对各结构设计参数综合分析的基础上,提出了视觉传感器坐标测量系统结构参数优化准则,并给出了线结构光视觉传感器及双目立体视觉传感器坐标测量系统结构参数的一般性设计原则与方法.     

我国可移动绝对重力仪新进展

高精度的绝对重力仪的出现,使重力基线的测定加快了速度,提高了精度,有助于国家重力基准点的建立。近代的高精度绝对重力测量,都是基于自由运动原理,测量运动物体的飞行距离和该飞行距离所需的时间。我国第一台可移式绝对重力仪采用激光干涉装置(如图1所示)。重力加速度值可由下式求出:     

远距离运动物体三维轮廓测量的研究

提出了摄像机光轴平行和光轴垂直两种简化的双目立体视觉系统,用来实现远距离运动物体的三维轮廓测量。具体阐述了这两种简化系统的测量原理和数学模型,还着重对以上两种系统下远距离物体测量中摄像机参数,如焦距、视场角、分辨率、两摄像机间距离与落弹范围的距离等的选择进行了探讨。就不同的系统对摄像机的选择进行了实验运算,结果表明,用该摄像机对1000m处的直径为70mm的小目标进行测量,可获得90个像素的轮廓,便于进行三维轮廓的提取。仿真实验表明,简化的双目立体系统可以快速、方便、简单地得到远距离物体的三维轮廓。     

基于单目立体视觉的机床几何误差辨识方法

针对视觉测量手段中成本与精度不能兼顾的问题,提出基于单目立体视觉的机床回转轴几何误差辨识方法。为实现回转轴全量程运动精确描述,基于误差放大思想,设计了基于周向均布精密哑光靶球的高匀、高精、高信噪比成像靶标。提出了单目立体成像光路参数仿真分析方法,定量分析并选取系统结构参数。基于单目立体标定结果,根据序列图像重建得到回转轴三维轨迹。精度验证及误差辨识实验表明:系统的RMSE为0. 049mm,小于平均偏差的1/3,满足测试需求。     

一种立体视觉测量高精度标定新方法

提出一种实现通用摄像机标定和现场高精度立体视觉传感器标定的新方法。该方法无需预先给定初始参数,而是根据投影矩阵计算摄像机参数的初始值,结合镜头畸变的标定数学模型,实现通用摄像机标定;在立体视觉传感器三维测量模型基础上,引入目标距离约束建立结构参数标定优化目标函数,从而得到使空间距离偏差最小的最优结构参数,实现传感器现场高精度标定。实验结果表明,上述方法标定精度较高,已标定传感器空间距离测量相对误差小于0.45%。     

仿生复眼测量系统中全景图生成的研究

模仿昆虫复眼结构形状,设计了一种仿生复眼测量系统.该系统由七个CCD摄像机按照复眼最小单元排列组成,利用多个DSP处理板对七路视频信号进行同步处理,模拟实现了复眼的功能.与传统的视觉测量系统相比,该系统具有更宽的视场和更高的运动灵敏度.本文利用改进的相关性方法实现视频图像的拼接,生成全景图,并提出了新的方法,较好地消除了因图像局部不齐和图像灰度不一致带来的人为拼接痕迹.     

自由飞行空间机器人电联试实验平台的研制

为检验自由飞行空间机器人(FFSR)系统各个部件电接口传递信息的正确性及系统在轨执行任务的能力,采用数值模拟方法,通过软硬件结合的方式建立了FFSR电联试实验平台.该平台主要由主控计算机、主机系统、虚拟关节、虚拟视觉等4个功能模块组成.在此平台基础上建立了基于视觉反馈的机械臂运动控制算法和电机三环控制模型.该平台可用于对实际FFSR系统的数值仿真.对电联试实验平台的测试结果表明,该平台能够很好地完成对实际机器人系统通讯能力的模拟测试及系统控制算法的仿真验证.     

大范围视觉转站测量技术研究

针对大尺寸测量的应用需求,结合双目视觉测量系统和调频激光雷达的在几何参数测量中的优势,提出一种大范围视觉转站的测量方法,通过调频激光雷达建立基准测量坐标系,双目视觉测量系统在基准测量坐标系下进行转站测量,该方法既发挥了双目测量系统快速海量点云采集轮廓几何参数的测量优点,又实现了大范围高精度几何参数的测量,通过现场试验,在12m范围内可以实现0.3mm的测量不确定度。该方法结合了不同测量原理设备的测量优势,能够满足大尺寸几何参数的测量需求,在工程上具有很强的应用价值。     

采用液晶编码光栅的物体形貌测量新方法

提出一种基于液晶编码光栅和立体视觉技术实现物体形貌测量的新方法。该方法利用液晶显示的可控特性,按照预设编码方案,由计算机控制编码光栅的变换,产生足够的测量特征点,其突出优点在于编码变换无机械运动。根据液晶显示的特点,设计了二分值空间编码设计方案;基于立体视觉三维测量模型,提出了高精度立体视觉现场标定方法。标准平板平面度测量实验中,采用上述方法实现平面度测量精度为0.592mm。     

基于机器视觉的前照灯仪校准器检定装置

目前对汽车前照灯仪校准器的人工检定方法存在着检定效率低、测量不确定度大的缺点,而利用机器视觉技术改造后的检定装置则存在着CCD芯片本身无法进行量值溯源的原理缺陷.建立了一套结合机器视觉技术与传统检定方法的检定装置,根据机器视觉分析得到校准器光型特征,利用转台测量光轴角参数及照度计测量发光强度参数,可以实现高准确度、高效率的检定.实验结果表明,该装置的性能完全满足检定前照灯仪校准器的要求.     

网格投影式立体视觉三维表面重建系统

提出了一种基于立体视觉的三维表面重建的新方法。该方法以立体视觉为基础,结合网格投影,把被动的立体视觉与主动的非结构光网格投影相结合,采用一种算法简单的由粗到精网格图像立体匹配方法,有效地解决了常用的立体视觉系统中存在的算法复杂、处理时间长、容易产生误匹配等问题。基于该方法的三维表面重建系统具有结构简单、操作方便、数据采集速度快、实时性强等优点。实验结果表明该系统能够有效地对三维表面,特别是对无明显特征的光滑自由三维曲面进行重建。     

昆虫翅膀运动变形测量中弱光条图像处理

通过在连续域内,建立光栅型结构光光条图像的数学模型,提出了一种用于提取昆虫翅膀运动变形测量中弱光条中心点的图像处理方法。该方法根据光条图像灰度的二阶方向导数极值条件,利用Hessian矩阵算法提取弱光条中心点的亚像素位置,通过连续性约束、方向约束和光条间距约束等特征约束条件去除图像处理过程中出现的噪声点。实验结果表明,该方法成功地将昆虫翅膀图像中的弱光条中心点与“虚假点”进行了分离。     

六自由度试验台校准装置的设计

给出了六自由度试验台的一种校准方法,介绍了校准装置的设计方案,该方案采用多个角度和位移传感器组成的测量机构感知六自由度试验台的运动位置和姿态信息,经数据采集系统处理后变换为位置参数和姿态参数的实时数据,通过与设定的运动参数比较,实现了六自由度试验台控制误差的校准。     

基于光栅结构光双目视觉的动态三维测量方法研究

基于矩形光栅结构光和双目立体视觉测量技术,提出一种物体表面三维形貌的动态测量方法。采用基于光平面引导的稠密光栅光条匹配方法完成左右摄像机光条图像的匹配,该方法先通过各光平面对应的单应矩阵实现左右图像点的对应,再结合极限约束及空间点距离约束完成左右光条中心点的全局最优匹配,以此解决由两摄像机和投影仪组成光栅结构光测量系统中光条匹配难题,对匹配完成的图像光条点应用双目立体视觉测量原理完成物体表面的三维重建。实物实验中,对姿态变化的手臂进行测量,结果证明仅需投影单幅光栅图案可实现手臂三维形貌的测量,验证该方法的有效性。     

在Pro/E中实现自由立体显示

阐述了基于列插合成模式的Pro/E自由立体显示插件设计中的几个核心问题,包括立体图片对的创建、以视者获得舒适立体视觉为原则设置立体参数、插件设计的开发框架以及所实现的立体显示效果。通过在Pro/E中兼容MFC对话框解决了立体图片对的合成问题。     

双目立体视觉动态角度测量方法

为实现对大幅度动态摆角及运动过程中物体空间姿态角的在线测量,提出一种基于双目立体视觉技术的动态角度测量方法。通过标定好的双目系统实时跟踪采集被测物体的特征点图像,重建特征点的空间三维坐标,进而计算出待测物的动态摆角或空间姿态角。实验结果表明:该系统在测量摆角时示值误差为±0.02°,测量空间姿态角时示值误差为±0.12°,同时具有非接触的优点,适用于动态摆角的在线测量及运动物体的空间姿态跟踪。