双平面法标定的双目视觉三维测量系统

针对传统摄像机标定过程复杂、三维测量精度不高的问题,提出了一种基于投影直线相交的双目视觉三维测量方法,并给出了基于神经网络的标定方法。根据摄像机成像特点,利用双标定平面上的点求取投影直线方程;针对摄像机成像复杂的畸变模型,利用BP神经网络对复杂非线性映射关系的强大逼近能力,对左右两台摄像机于远近标定平面处分别进行隐式标定,得到图像像素坐标到平面模板二维物理坐标的映射关系;设计制作了试验平台,采用手工辅助的方法获得网格模板训练样本。此标定方法完全适用于大视场、近距离、高精度的双目视觉传感器。试验结果表明,系统对空间已知长度的测量结果误差约为0.109 mm,测量精度较高。     

大视场摄像机标定方法研究进展

摄像机标定通过求解摄像机的内外参数,获取空间物体三维坐标与图像二维坐标的对应关系,在计算机视觉中起到越来越重要的作用。介绍了摄像机标定技术中的常用坐标系及转换关系、摄像机成像的线性及非线性模型,以及三类典型的标定方法。相比于小视场,针对大视场摄像机标定方法的研究较少,重点针对六个方面的改进,归纳了国内外近年来大视场摄像机标定方法的研究进展。     

基于小尺寸靶标组合的大视场摄像机标定方法

摄像机标定是计算机视觉中的一个重要过程。大视 场摄像机标定中,大尺寸靶标加工困难,而使 用单一小靶标只能得到局部最优解。本文针对这一问题,提出一种基于小尺寸靶标组合的 大视场摄像机标定方法。利用摄像机多项式投影模型,通过差分式求解方法将各个小尺寸靶 标组合成一个大尺寸靶标,然后使 用大尺寸靶标对大视场摄像机进行精确标定;在小尺寸靶标组合过程中,为了消除 利用差分式方 法进行求解时各个小尺寸靶标间只能平移、不能旋转的安放限制,提出了一种基于交比不变 性的直线夹角 求解方法,并设计了相应的复合靶标,提高了方法的灵活性。仿真和实际的实验结果表明, 本文所提方法能够实现对大视场摄像机的精确标定。     

一种全景图与局部视场的匹配实用算法研究

为了确定全景图与可变视场摄像机的局部视场的匹配关系,建立起实用、有效的算法和使用方法,本文提出了三点位置匹配算法,采用特征点标定法和网格点标定法,实现了全景图(如二维、三维地图等)与目标点摄像机局部视场的匹配.使用该算法,无论是人工指定全景图上的任意目标点或实际发生的报警点,均可以快速计算出对应摄像机的控制参数,进而控制摄像机转动和调焦,获得局部视场的清晰图像.     

大视场远距离摄像机外部参数标定算法研究

针对现有的标定方法不适用于大视场远距离测量系统的现场标定,以高炮武器随动系统性能为测量对象,提出了一种新的摄像机现场标定方法.该方法借助于球状标定物,对标定物在不同角度拍摄一组图像,通过测量炮身管位置坐标拟合运动轴心位置,可得两摄像机相对于炮台轴心的平移矩阵;计算空间直线在两摄像机坐标系中的位置信息,得出两摄像机间的旋转矩阵.实验表明,该方法在大视场远距离测量情况下,能够快速稳定地实现两摄像机外部参数的现场标定,并可获得较高的标定精度.     

基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法

为了解决在大视场摄像机高精度标定中大尺寸靶标难以制作加工的问题,提出了一种基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法。该方法将小靶标在摄像机视场内多个位置进行摆放,通过各个小靶标之间的刚体变换,并考虑拼接过程中存在的约束条件,将各个小靶标拼接成一个覆盖整个摄像机视场的大靶标,然后使用该大靶标对大视场摄像机进行标定。仿真和实际实验表明该方法标定精度与使用实际大靶标进行标定时标定精度相当,能够实现对大视场摄像机的高精度标定。     

结合扩展卡尔曼滤波的摄像机标定技术

摄像机标定是求解相机内参和外参的过程,是进行后续的计算机视觉相关工作的基础,在所有标定方法中传统摄像机标定法具有最高的标定精度。卡尔曼滤波器(KF)是一组可以有效地预测过程状态信息的数学方程,文中提出一个结合扩展卡尔曼滤波(EKF)的传统摄像机标定新算法。特征点的空间三维坐标和对应的像点坐标是滤波器的输入,输出则是被估计的相机内参与外参。实验结果表明,该方法可以获得更高的标定精度。     

基于OpenCV的长波红外摄像机标定研究

设计一种适用于长波红外摄像机的标定装置,并用此标定装置对长波红外摄像机进行标定。通过拍摄多张红外标定板图像,并提取图像上圆孔特征点的像素坐标,利用每个像素点的与空间实际三维坐标点的一一对应关系,结合Open CV摄像机标定函数库,求解出长波红外摄像机的内外部参数,并利用求得的畸变系数,对畸变图像进行矫正。本研究中的标定装置能有效解决长波红外摄像机标定的问题,同时验证了Open CV函数库在摄像机标定程序开发中的具有标定结果精确、运算效率高、跨平台移植性好等优点。     

基于双一维靶标的摄像机标定方法

针对大视场摄像机的标定,提出一种基于双一维靶标的摄像机标定方法。两个一维靶标任意放置在摄像机视场内,摄像机从多角度拍摄靶标图像;利用一维靶标特征点共线的特性进行图像畸变校正;计算两个一维靶标所在空间直线在图像中的消影点,得到在空间中的夹角关于摄像机内参数矩阵的表达式,利用其所成角度恒定这一约束求解摄像机内部参数;采用非线性优化方法,求解摄像机内、外参数在最大似然准则下的最优解。仿真试验结果表明,当噪声水平小于0.5 pixel时,摄像机内部参数的相对误差均小于0.3%。实物试验结果表明,视场范围为1 200 mm×800 mm时,该方法的标定精度优于0.1 mm。     

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

一种基于十字同心圆的摄像机标定新方法

在研究传统的摄像机标定方法的基础上,提出了一种基于十字同心圆标定模板的摄像机标定新方法。该方法通过从2个或2个以上不同的方位上拍摄带有十字同心圆模板,采集具有标定特征的图像,从而完成摄像机的标定。这种基于曲线拟合的标定方法,与传统的提取参考点的标定方法不同,采集的参考点坐标相对准确,计算的摄像机标定结果具有很高的准确性;同时该方法原理简单,实现方便,具有很好的可操作性。通过实验验证表明,该摄像机标定方法具有较高的准确度、较小的误差率,可以获得较为满意的标定参数。     

网络摄像头的标定

摄像机定标是获取摄像机几何和光学参数的过程,也是获得摄像机在外部参考坐标系中的三维位置和面向.本文利用针孔模型对网络摄像头进行定标,该方法是基于标定物上已知参考点的三维坐标和参考点在图像上投影像素坐标之间对应关系,它分为两步,先利用线性模型对摄像机投影矩阵进行估计,然后基于投影矩阵分解出摄像机内外部参数.利用真实标定物图像进行实验和计算,得到较好的结果.     

基于同心圆光栅和契形光栅的摄像机自标定方法

提出一种利用同心圆光栅和契形光栅作为标定模板,基于正交方向消失点摄像机自标定的新方法。新方法利用相移条纹相位提取精度高的特性来求零相位特征点,避免了传统标记点提取误差给标定结果带来的影响。要求摄像机至少从6个方位拍摄标靶,采用四步相移得到光栅的截断相位并求解零相位交点,计算消失点从而解算出摄像机的内参数。根据模拟实验得到影响消失点标定精度因素的分析结果,制作了含有7个周期的同心圆光栅和4个周期的契形光栅。实际测量实验中分别用光栅靶标和灰度同心圆靶标进行相机标定,对比重投影误差,结果证明新方法提高了基于消失点标定算法的精度和稳健性。     

立体拼接中全局控制点的定向

提出了一种基于光线交汇约束的全局控制点定向方法.精确标定过的单摄像机模拟双目交汇测量系统,在空间2个不同的角度对至少5个自由摆放的全局控制点成像,根据双目视觉测量模型可解算出传感器的转换矩阵R和带有比例因子的平移向量T.通过引入精确长度已知的基准尺提供空间标度,以求得转换因子,进而求得各点在传感器坐标系下的三维坐标.实验表明,该方法简单、精度高,适于现场测量.     

加工中心工件在机三维检测系统的光平面标定

为了满足加工中心在机检测的实时性需求,实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光传感器,提出了一种基于同心圆平面靶标标定线结构光平面参数的新方法。该方法将三点透视模型和交比不变原理相结合,在线结构光传感器的视觉范围内通过移动同心圆平面靶标,计算得到光平面上多组标定点的三维坐标,进而使用最小二乘算法确定光平面方程,通过标定和检测实验分析并验证了该方法的有效性。该方法具有标定算法简单且操作灵活方便等优点,适合加工检测等领域的现场标定。     

基于共面参照物的多立体视觉传感器标定方法

提出了基于共面标定参照物结合双电子经纬仪标定多个立体视觉传感器的方法,该方法允许共面标定参照物在测量空间内自由移动,以经纬仪坐标系为中介,利用双电子经纬仪测量不同位置共面参照物上不共线的标定特征点在经纬仪坐标系下的精确的三维坐标,建立共面参照物上所有特征点和经纬仪坐标系的转换关系,构建三维标定特征点,在现场对多个视觉传感器进行标定,保证了测量状态与标定状态完全一致.该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,提高了立体视觉传感器的标定精度.实验结果表明,该方法切实可行.     

一种基于三正交约束的摄像机标定方法

提出一种基于三正交约束的摄像机标定方法.设定摄像机坐标系为世界坐标系,标定摄像机内参数中的5个未知量和1个投影缩放因子,设计一种由7个空间点组成的标定模板,在不需要已知标定模板线段长度的情况下,仅需要2幅以上不同姿态标定模板的图像即可根据三正交关系建立约束方程组,通过矩阵特征值分解,求得摄像机内参数的解析解.对同一个摄像机进行对比实验,本文标定结果与平面经典法标定结果的相对误差仅为1.3%左右,且仿真数据实验和真实图像实验的结果表明,该算法具有较高的标定精度和鲁棒性.