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。     

宽视角相机相对姿态测量方法研究

针对目前相机姿态估计方法都存在视觉局限性的问题,本文使用鱼眼镜头作为视觉传感器进行姿态估计,进而实现宽视角相机相对姿态估计。但鱼眼成像在具有宽视场优点的同时,伴随着严重的非线性畸变导致其在不同的方位和距离下具有不同畸变扩散的问题,为此本文提出了一种直接利用鱼眼图像的非线性进行相机相对姿态测量的方法。首先,构建鱼眼数据集kitti_FE;其次,使用卷积神经网络进行特征提取后结合长短时记忆网络进行双向循环训练,实现相机相对姿态的端对端输出;最后利用迁移学习的方法对实际场景进行相机姿态估计。为了验证本文所提方法的鲁棒性和精确度,在相同实际场景下,利用本文方法分别与现有框架CNN、DeepVO和CNN-LSTM-VO-cons进行对比。实验表明,本文方法分别比现有框架的相机姿态估计精度提高了32%、29%和25%,而且在高速运动下本文方法更具有稳定性。     

基于非线性方程的鱼眼图像畸变矫正方法研究

针对鱼眼图像不同区域产生畸变程度各异问题,提出一种非线性方程的鱼眼图像畸变矫正方法,以提高图像矫正精度。首先,利用鱼眼图像自身特性求取其半径与中心位置,并以中心点为圆心将其划分为半径线性递增的同心圆;在此基础上,根据同心圆半径大小为其采用相对应的矫正模型,并通过正交投影法将鱼眼图像映射到半球面上,转化为半球面模型的横向、纵向坐标值,从而投射为以横向与纵向坐标为基础的正方形图像,实现鱼眼图像的精确变换。最后,利用两个实例验证了本文所提出方法的有效性与可行性。     

基于双目鱼眼相机的柱状投影全景行车记录仪

针对全景行车记录场景,利用2个相背对放置的鱼眼相机所拍摄的视频拼接得到全景视频.首先基于OcamCalib对鱼眼相机进行标定,通过鱼眼图像的柱面映射,实现畸变校正而得到柱面图像,对两帧柱面图像进行SIFT特征点提取,用RANSAC算法去除误匹配并求解两张图像间的单应性矩阵,最后用线性加权法融合两帧柱面图,得到全景图.本实验使用柱面投影,符合人眼的视觉特效,并且相对于平面投影,保留了更多的视场信息,能够帮助驾驶员观察到更多的重要信息.     

针对鱼眼图像边缘校正失真的快速校正算法

针对现有鱼眼图像畸变校正算法校正后图像边缘区域存在失真的问题,在经度校正算法的基础上引入拉伸因子设计一种快速校正算法。首先利用快速扫描方法提取图像有效区域,得到畸变图像有效区域半径及圆心,其次在鱼眼图像畸变模型和径向畸变原理的基础上,确定畸变校正拉伸因子,然后分别在经度和纬度方向上增加拉伸因子进行校正,最终将校正结果与经度校正算法、经纬校正算法、双经度算法和重定心校正算法进行比较。结果表明,该算法能有效改善图片边缘的失真现象,且校正效率相比其它算法均有明显提高。综上所述,本文提出的算法能够快速有效地对鱼眼图像进行高质量的校正,为畸变校正质量提升相关研究提供借鉴。     

航天遥感TDI CCD相机面阵成像模式的实现

为了解决TDI CCD相机无法利用面阵图像来测量光学系统畸变的问题,提出了一种TDI CCD的面阵工作模式。首先,介绍了TDI CCD的工作原理,分析了TDI CCD工作于面阵模式的条件,然后设计了TDI CCD面阵工作模式的电荷转移时序,阐述了TDI CCD工作在面阵模式时行周期和积分时间的设置方法,并在FPGA内实现了TDI CCD面阵工作模式时序。最后,以积分球作为光源,利用TDI CCD相机成像系统实现了TDI CCD相机的面阵模式成像,并获得了TDI CCD相机的清晰面阵图像。理论分析与实验结果均表明,该方法能获得TDI CCD相机的面阵图像,可为光学系统畸变测量提供必备条件。     

鱼眼图像的目标物体角点检测方法

为实现宽视场角图像中目标物体的定位,提出了一种鱼眼图像的目标物体角点检测方法。首先对含有目标物体的鱼眼图像进行等面积切分,利用目标物体即网格图像灰度直方图的明显特征确定目标区域;然后根据实际应用对Harris算法进行改进,并将其应用至目标物体的角点检测中,确定目标物体位置。实验结果表明,能有效确定目标区域,视觉冗余度由90.3%下降到47.8%,目标物体角点检测准确率为83.8%,可以为实现宽视野范围目标的位置与距离同时测量奠定基础。     

融合相机与激光雷达的目标检测与尺寸测量

针对三维场景下的目标检测与尺寸测量任务,设计了一种融合激光雷达和相机传感器的三维目标检测和尺寸测量算 法。 使用基于卷积神经网络的二维目标检测器提取目标的二维检测框,结合图像中的二维检测框和几何投影关系获取包含物 体的三维视锥点云,由欧氏聚类方法获得物体的聚类点云,实现了物体的三维目标检测。 提出了基于目标二维检测框的改进尺 寸测量方案以替代原有点云聚类后得到的三维框信息,提高了物体尺寸测量的精度。 在现有数据集上评估测试了目标检测与 尺寸测量的精度,实验结果表明,二维目标检测器 YOLOv7 在检测数据集上的平均检测精度达到了 81%,改进尺寸测量方案在 物体尺寸测量时的测量误差在 5%以内,对于较远物体或较小物体的目标检测和尺寸测量也具有很好的效果。     

大尺寸空间中自动获取测量目标点的新方法

本文基于机器视觉领域中利用双目立体视觉技术测量大尺寸物体的三维面形的研究,提出一种先对图像边缘检测后分析图像中物体形状,面积等几何特征,自动获取测量空间中多个目标点的方法,并用大量实验验证了该方法的可行性,使测量大物体面型的测量更方便、快捷,同时也能够提高三维面型的测量精度.     

基于三维数据重建与目标定位的DICOM图像分析测量系统

为了解决由于DICOM数据量大且数据结构复杂,导致图像目标几何尺寸测量错误的问题,设计开发了一种基于三维数据重建与目标定位的DICOM图像分析测量系统.首先,采集原始图像和分析原始数据结构,基于开源图像库ITK解析DICOM图像,读取到系统软件内存中,显示在自主开发软件界面上;然后,对DICOM图像进行三维化处理,分解为一系列图像,检测目标所在帧;随后,结合拉普拉斯增强算法与伽马变换函数,设计定位模型,完成目标定位与测量,输出定位图像与测量计算结果;最后,在QT开发平台上利用C++语言调用ITK开源库函数编程实现算法.结果 表明:与当前DICOM图像分析系统相比,所提方案具有更高的测量精度与稳定性.     

轮廓测量系统中摄像机的光学畸变校正方法

在基于机器视觉的轮廓测量系统中,由于摄像机的透镜透光率不均,成像中存在光学畸变,对测量精度造成影响。为了对光学畸变进行校正,论文首先建立畸变数学模型,然后使用系统测量正方形标定板得到存在畸变的轮廓数据,根据存在畸变的轮廓数据的几何特征和直线约束条件使用LM优化算法完成对畸变模型中参数的标定。通过实验多次标定同一套轮廓测量系统,将标定结果与已有方法进行比较。实验结果表明,相较于已有算法,该论文所提方法多次标定的结果标准差更小,说明该论文所提方法具有更好的鲁棒性。     

改进稠密双目匹配算法在输电线路基础三维重建的应用研究

三维扫描技术具有准确性强、精度高等优势,在工件尺寸测量、体积测量等方面得到了初步的应用。然而,针对输电线路基础这类大尺寸、低纹理特征的对象,其获得的三维点云较为稀疏,匹配精度还存在一定问题,测量精度无法达到特高压电网建设的要求,应用还存在一定难度。为了解决上述问题,论文建立双目摄像系统的数学模型,通过改进的Census变换和高斯加权操作提高图像匹配代价计算的精度,结合基于纹理信息的图像边缘保留滤波方法,计算得到目标表面的稠密点云,实现了三维表面重建。通过对220千伏电网基建工程进行三维测量实验,实验结果表明论文提出的三维测量方法和系统,测量误差低于1mm,满足输电线路工程基础质量设计和验收规范要求,能够广泛应用于电网基建工程基础验收等环节,提高验收精确度。     

小管径弯头畸变漏磁缺陷图像智能识别方法

为了解决小管径弯头不饱和磁化造成的缺陷漏磁信号图像畸变问题,实现弯头畸变漏磁缺陷图像智能化、高精度识别,提出一种小管径弯头畸变漏磁缺陷图像智能识别方法。采用MSRCR-HF图像增强算法处理弯头缺陷畸变图像,并在YOLOv5网络中集成CBAM和SPD-Conv模块进行网络优化,通过仿真建立弯头缺陷数据集输入网络中进行训练和测试。结果表明,提出的MSRCR-HF算法能有效解决弯头漏磁缺陷图像畸变问题,改进的YOLOv5模型在建立的数据集上具有较高的识别精度,矩形槽缺陷识别精度为95.5%,半球形缺陷识别精度为93.0%。该方法对于小管径弯头畸变漏磁缺陷智能识别具有较高的可行性,可提高管道安全检测效率。     

基于 2D 预处理的点云分割和测量研究

针对传统 3D 工业相机获取的点云数据进行工件检测时因工件粘连和噪声干扰导致边缘分割问题,考虑点云数据量大 影响检测实时性和 3D 特征点选取不准确导致测量误差大的因素,提出一种基于 2D 边缘检测的预处理方法,实现点云快速分 割和测量。 首先,采用改进的 Canny 算法对有序点云的纹理图像进行边缘检测,将检测后的图像进行数学形态学操作和轮廓检 测完成纹理图像分割,规避了在 3D 空间中进行分割处理,有效减少了点云数量;其次,结合工件的形状特征和放置方式,利用 掩膜操作提取出有序点云数据,使用基于 RANSAC 和条件滤波结合的方法对分割后的点云进行自适应阈值滤波处理,有效去 除了噪声点云;最后,对经过预处理后的目标点云基于 PCA 的包围盒去计算工件尺寸以及表面法向量。 实验结果表面,和传统 的 3D 分割算法相比,能够更准确的提取出目标点云,有效减少了待处理点云数量,整体分割效率提高了约 20%;工件尺寸的平 均相对误差约 1. 24%,可以满足测量的需求。     

影像测量仪自动定位方法研究

影像测量仪在工业测量等领域中，尤其是精密平面类零件的高精度测量方面具有广泛的应用。当测量满台零件时，传统影像测量仪需人工手动控制平台移动达到测量位置，导致测量时间延长、效率低。以通用的影像测量仪为实验平台，采用双目视觉系统进行测量，通过大视野相机将特征物从平台任意位置移动到小视野相机视野范围内，并利用小视野进行位置矫正，以达到精确定位。实验结果表明，该方法能有效地将大视野范围内任一特征点精确移动到小视野图像中心。最后，提出一种影像测量仪薄板类零件自动定位方法，实验证明该方法能有效降低测量时长，特征点粗定位误差在±0.05 mm以内。     

An efficient geometric image distortion correction method for a biplanar planar gradient coil

Since the spatial field non-linearity of gradient coils translates into image geometric distortion in MRI, in many applications, such as cardiac function analysis and interventional MR-based device tracking/guidance, where the precise geometric information is needed, the presence of geometric image distortion can not be simply ignored. To address the concern for geometric image distortion, we have developed and validated a general and efficient numerical technique for parameterizing the global image distortion for a bi-planar gradient coil as well as accomplishing image restoration as a post-imaging processing. This image correction methodology is based on a global distortion coordinate mapping function which can be systematically defined directly from the gradient field non-linearity in 3-dimension (3D) of a given gradient coil. The image correction was carried out in two steps: (1) map each pixel of the corrected image representation onto its distorted image according to the distortion mapping; (2) interpolate the pixel intensity in the distorted image using its neighboring points via a bi-linear interpolation procedure. The results showed clearly that the distortion correction method was robust in term of the capability of reducing image geometric distortion dramatically. Also it is shown that the magnetic field non-linearity or the image distortion of a typical bi-planar gradient coil can be adequately parameterized using a finite Taylor series expansion based on its design parameters. Furthermore, this image distortion correction method is very efficient in practice for performing 3D correction for any image orientation since a compact parameterized field expression contains non-zero terms.     

基于主动编码光源的单摄像机立体测量方法

基于一台摄像机、一台投影仪构成光学测量系统,提出一种非特定位姿下的主动编码光源非接触立体测量方法。利用一张混合标定板分别标定测量系统中的摄像机与投影仪,建立二维图像坐标与三维空间坐标之间的映射关系,再主动投影横、纵两组格雷码及其多分频测量条纹形成投影特征点,进而通过反演映射出目标特征的三维空间坐标。本方法避免了单目立体视觉测量中对于测量系统位姿的制约,去除了外部传感测量设备的使用;同时,主动光投影技术也解决了双目立体视觉测量中特征点匹配困难的问题。实验表明,在测量距离1.2~1.6 m范围,测量精度可以达到1.5 mm,能够实现单目摄像机主动编码光的立体测量。     

广角镜头畸变测量及校正方法研究

为了提高广角气溶胶探测仪的成像质量,提出了根据实验测量的拟合数据对图像进行畸变校正的方法。使用平行光管配合精密转台对探测仪光学系统的畸变量进行了实验测量,对畸变测量数据进行了多项式拟合,得到了光学系统在整个视场内的畸变量分布。实验结果表明,通过坐标变换与灰度校正,可以使探测仪采集图像的最大畸变量由10个像元偏移量(0.14 mm)减小到2个像元偏移量(0.028 mm)。采用基于实验测量畸变对所采集图像进行校正的方法,可以有针对性的对系统畸变进行校正,提高成像质量。