用于三维尺寸检测的双目视觉传感器

全面分析了双目视觉传感器中各个结构参数对测量精度的影响。在外极约束理论的基础上提出了外极斜率匹配法,不驻实现了快速立体匹配,而且传感器测量精度也得提高。实验数据表明,传感器测量精度优于±０．０５ｍｍ。     

水下移动双目视觉高精度定位方法

为提高水下移动双目视觉的定位精度,首先建立综合考虑径向畸变和切向畸变的水下摄像机非线性数学模型,然后利用焦距归一化成像平面上的成像点坐标和光轴中心点确定空间点所在的空间直线,最后利用两异面直线公垂线中点作为目标点并利用正交投影法求解。该方法不仅很好地化解水下移动双目视觉空间定位时两投影线不相交于一点的矛盾,而且还具有普遍性。     

一种提高双目视觉测量精度的逐步逼近方法

针对空间坐标对图象平面坐标的非线性光学映射关系,本文提出了逐步逼近实现３－Ｄ空间坐标计算的测量方法。该方法对摄象机的摆放姿态与双目传感器的装配精度要求较低,可去除介质折射产生的坐标计算误差。结合局部标定法,对摄象机光学系统的畸变误差进行校正。实验数据表明,在对双目传感器不提出较高要求的测量条件下,测量结果令人满意。     

一种双目立体视觉系统的校准方法

基于双目立体视觉系统的图像分析以及人工神经网络的三维空间建模算法,设计了一种针对双目立体视觉相机的校准方法,并可应用于运动目标点的轨迹追踪。将均匀分布目标点的校准平面放置在有效视野内的不同位置,通过双目立体视觉系统来捕获处于不同位置的校准平面图像。在图像处理之后,使用校准点中心的二维坐标作为人工神经网络训练的输入样本集,通过建立人工神经网络模型结构,实现目标点二维平面坐标到三维空间坐标的映射关系。采用这种具有通用性的方法,可以有效修正系统中存在的失真因子,获得目标三维位置信息,而无需进行复杂的相机校准操作。实验表明,提出的方案具有良好的可行性和鲁棒性。     

一种红外被动定位方法的工程实现

被动定位可分为单站被动定位和多站被动定位两种类型。本文在简要分析各种被动定位技术的基础上,提出一种将双目立体视觉和运动立体视觉相结合的单站红外被动定位方法。设计了实验样机,将该被动定位算法进行了工程实现。实验结果表明,单站红外被动定位方法不仅具有±10%的被动定位精度,而且可以同时对多个目标进行被动定位。     

基于双目立体视觉的机器人测量技术研究

本文利用双目立体视觉技术、机器人手眼关系以及机器人的正向运动学模型获得空间点在世界坐标系下的坐标值，从而可以构建多个点在空间的三维模型，并且获得任意被测两点之间的空间几何尺寸。     

一种用于外科手术导航的双目视觉简化系统

针对外科手术导航光学定位仪参数标定过程繁琐和对应点匹配歧异性大的问题,进行了双目立体视觉简化系统的研究.运用坐标变换方法一次性标定系统24个参数;选用黑白棋盘格标记物和运用相似性度量原理,简化立体匹配过程、提高立体匹配准确度.利用标定后的系统对标记物之间的距离进行测量,在距双目视觉传感单元1.5 m范围内误差小于1 mm.交叉韧带重建手术导舷模拟实验表明:该系统具有稳定,可靠,标定方法简单,匹配准确,定位精度高的特点,能够满足外科手术导航的要求.     

双目视觉摄像机神经网络标定方法

摄像机标定是精密视觉测量的基础。为了描述双目视觉中三维空间物点坐标和两个摄像机像面像点坐标间的非线性关系,传统的标定方法需要建立复杂的数学模型。而神经网络可以有效地处理非线性映射问题,笔者介绍了一种BP(ErrorBackPropagation)神经网络,并且为了提高网络的学习能力引入了动态因子。用相同的参考数据,将神经网络标定方法与线性标定方法比较,实验结果表明基于神经网络的双目视觉标定方法能获得较高的标定精度。     

一种基于立体靶标定位的三维重建方法

针对线激光传感器在特征信息匮乏引起的数据拼接误差较大的问题,提出了一种基于立体靶标定位的线激光数据拼接方法。通过双目立体视觉的空间几何约束构建靶标点库,实现立体靶标坐标系与线激光坐标系的位置标定;通过Canny边缘检测、亚像素边缘提取、椭圆拟合等算法对圆形特征点进行识别定位;将采集的局部标志点与靶标点库进行同源点匹配,解算线激光传感器的实时位姿;采用坐标系转换将线激光初始坐标与全局坐标系进行统一,实现点云的三维重建。实验结果表明:靶标标定的平均绝对误差为0.078mm,测量的标准件拟合平均偏差为0.127mm,与三坐标测量机)CMM)对比,该方法的测量平均偏差为0.165mm,与机器人定位拼接和深度相机测量结果对比,搭建的测量系统的平均测量误差和标准偏差较小,可以满足对复杂曲面的多角度实时扫描需求。     

双目立体视觉中特征点三维坐标重构校准研究

双目立体视觉是一种商业化较成熟的三维测量技术,左右摄像机内外参数的精确标定是实现三维重构的基础和关键。针对棋盘格和圆点两种标定板图案研究了相应的图像处理技术,实现了标定点的亚像素精度定位及其有效排序。采用基于单映性约束和非线性优化的多视角平面标定算法实现了摄像机光学及空间位置参数求解。用极线约束残差法衡量标定结果的准确度。基于桥式三坐标标准实现标定点三维重构平面度以及多平面空间夹角测量结果的校准,基于光学三坐标标准实现了标定点三维重构空间距离的校准,并分析了校准结果的不确定度。圆标志点三维重构空间距离示值误差为0.029 mm,不确定度U=24 μm（k=2）     

高精度视觉光电多指节机器人中的零点归位新方法

提出了一种自动选择最优路径的高精度的机器人归零新方法,制作了高精度视觉光电多指节机器人系统。该归零方法的基本原理是根据机器人的停放点相对于零位接近开关的位置自动选择最近的归零路径,以零位接近开关和编码器Z信号共同判断最终零点。现场应用实验结果表明:项目组的视觉光电多指节机器人1轴臂长350mm,可操作范围220?;2轴臂长250mm,可操作范围300°;3轴臂长150mm;4轴360°自由转动。该机器人系统目前已成功应用于工件上下料和码垛作业中,系统运行稳定,点重复精度达0.02mm,除归零外的水平联动速度达到5.2m/s。采用本文的归零新方法,各轴归零时间均在10s内,归零误差均在2个脉冲数以内。据我们所知,该方法国内、外未见报道,也未见实际应用案例。     

轴对称回转体空间位置与姿态定位的立体视觉方法

针对虚拟现实技术中对空间刚体位置和姿态的定位与跟踪的需要,提出了一种确定轴对称回转体空间位置与姿态的立体视觉方法,开发了一个基于面阵CCD双目视觉传感的被动式光学立体定位与跟踪系统。试验结果表明,在执行机构运动速度为100mm/s的情况下,跟踪到的空间目标运动路径与真实值的最大偏差只有0.3mm,姿态角与真实值的最大偏差只有1.4°。实验结果证实,该系统满足虚拟现实技术中对空间目标定位与跟踪的精度要求。     

基于GPU的结构光三维测量快速计算方法

针对CCD摄像机高分辨率下CPU进行三维测量计算效率低的问题,提出基于GPU技术的快速计算方法.同时针对三维测量的四个具备并行度的过程,该方法给出了在GPU上可实现的具体算法流程,并根据数据规模及GPU特性,设计了一种新的GPU设备端数据结构组织方式.实验结果表明,该方法有效利用了GPU的大规模并行处理能力,在处理500万像素数据过程中整个测量时间仅需4s左右,计算效率是CPU的160倍.     

由二维视图复原三维立体的新方法

根据工程图学和三维CAD课程的教学实践,研究、总结出一种将三维CAD中立体的构型原理、方法和成型过程用于二维视图阅读的新方法。该方法将传统的二维读图方法与现代三维CAD有关内容融合到一起。按此方法读图,不仅可以使学生根据二维视图快速复原立体空间形状,而且可以了解立体的成型方法和最佳构型过程,为三维CAD构型设计奠定基础。     

Application of Stereovision to the Mechanical Characterisation of Ceramic Refractories Reinforced with Metallic Fibres

Abstract:  Optical methods that yield displacement or strain fields are now emerging significantly in the mechanical sciences. At the Research Center on Tools, Materials and Forming Processes (CROMeP) at École des Mines d'Albi, a binocular stereovision system has been developed that can be used to measure: (a) the three-dimensional (3D) shape of a static object, or (b) the surface strains of an object undergoing some 3D mechanical or thermal stress. In this paper, the application of the stereovision technique to investigate the behaviour of ceramic refractories reinforced with metallic fibres is presented: (i) after the rupture of the sample for assessing the 3D orientation of the fibres in order to correlate a micro-mechanical model of fibre pullout with the macro-mechanical results of tensile tests, and (ii) during a tensile test for measuring the 3D displacement/strain field around a notch.     

一种新的三维卫星定位算法的研究

提出了一种利用３颗卫星进行三维定位的算法。该算法在利用现有ＧＰＳ接收机硬件的条件下,既可以求解用户的三维位置,还可以求出接收机的时钟偏差和频率偏差。对算法模型进行了原理推导,并在此基础上进行了计算机仿真。试验结果证明了该算法的正确性及实用性。     

A 3D Measurement Method Based on Coded Image

The binocular stereo vision system is often used to reconstruct 3D point clouds of an object. However, it is challenging to find effective matching points in two object images with similar color or less texture. This will lead to mismatching by using the stereo matching algorithm to calculate the disparity map. In this context, the object can’t be reconstructed precisely. As a countermeasure, this study proposes to combine the Gray code fringe projection with the binocular camera as well as to generate denser point clouds by projecting an active light source to increase the texture of the object, which greatly reduces the reconstruction error caused by the lack of texture. Due to the limitation of the camera viewing angle, a one-perspective binocular camera can only reconstruct the 2.5D model of an object. To obtain the 3D model of an object, point clouds obtained from multiple-view images are processed by coarse registration using the coarse SAC-IA algorithm and fine registration using the ICP algorithm, which is followed by voxel filtering fusion of the point cloud. To improve the reconstruction quality, a polarizer is mounted in front of the cameras to filter out the redundant reflected light. Eventually, the 3D model and the dimension of a vase are obtained after calibration.     

多功能阵列式触觉传感器的研究

介绍了一种以MEMS技术制作的可定量获取三维接触力信息的 4× 8阵列触觉传感器的结构与工艺 ,提出一种新颖的三维接触力信息的获取与处理方法 ,并给出了实现接触、分布压、接触总力、滑动状态等多种功能的实验结果和主要的技术指标。     

三维杆系结构的几何非线性有限元分析

为了更准确地描述杆系结构的几何非线性性能,建立了一种基于三维梁单元有限元分析的计算方法。引入了考虑两方向曲率和扭转角变化的坐标转换矩阵来描述任意增量下的单元平移和转动;采用了包括轴向变形和扭转的非线性项的刚度矩阵来考虑高阶非线性项的影响。应用广义位移控制法进行增量迭代,编制了相应的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D。通过对几个例子进行的分析,验证了该方法可较好地考虑结构几何非线性。     

制造系统面向营销的三维可视化仿真

针对制造系统提出了推广实施先进可视化仿真技术的方法。即面向市场,客户驱动的策略,它把设备布局,工艺仿真和快速报价集成起来,快速,有效地对客户需求做出反应。从而抓住市场时机,这一策略已成功地应用于啤酒灌装生产线的三维可视化仿真项目中。