船用弯管几何参数的机器视觉测量方法研究

针对传统船用弯管接触式测量方法测量时间长,工作量大,精度不高,可能使管件表面变形而导致测量失真的问题,首次提出了一种新的基于机器视觉的船用弯管测量方法,设计并构建了一个双目相机的测量系统。通过基于Open CV图像处理平台的双目立体标定,改进的图像滤波,亚像素边缘检测,特征提取与匹配等操作,实现了船用弯管几何参数的实时、准确、非接触测量,同时给出了弯管的重建结果。测量实验结果表明:弯管外径测量误差为0.051mm,基本达到了测量精度高的要求,有一定的应用价值。     

基于线激光多目立体视觉的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统开发

为实现数控三维弯板机渐进成形船舶曲板的快速、精确在位检测与自动调形,研制了适用于数控三维弯板机加工现场的基于线激光多目立体视觉技术的在位检测与自动调形系统。设计了检测系统方案与结构参数,研究了系统标定、线激光三维重建、点云配准、船板成形偏差与板材回弹量计算等关键技术,开发了基于Windows平台的在位检测与自动调形软件系统。结果表明,该系统测量误差小于±1mm,单次测量时间小于30s,视场大于弯板机加工区域2750mm×2750mm,满足数控三维弯板机加工过程中船板在位检测与自动调形需求。     

空间圆几何参数的非接触高精度测量方法

分析了空间圆透视投影的数学模型 ,并建立了点的空间三坐标立体视觉测量数学模型。提出了一种基于立体视觉的空间圆几何参数的非接触测量方法 ,根据极线约束求出空间圆在双目立体视觉中的对应匹配点 ,后投影到三维空间求出边缘的实际坐标 ,采用基于空间三维圆最优拟合求取空间圆的几何中心的三维空间坐标和圆半径等几何参数。该方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测量误差 ,提高了基于视觉方法的空间圆几何参数的测量精度     

基于立体视觉的旋翼共锥度动态测量系统精度分析

为了提高基于立体视觉的直升机旋翼共锥度动态测量系统的精度和可操作性,全面分析了其测量误差。首先,介绍了测量系统模型及误差来源;其次,分析了双目立体视觉静态三维测量的误差;再次,针对旋翼共锥度的多目标动态测量特点,分析了系统安装误差对共锥度解算精度的影响;最后,利用原理样机进行了6 058次静态测量重复实验,通过统计分析可知静态测量误差小于1.4 mm。对动态测量误差进行了仿真实验分析,给出了各参数对精度影响的量化结果,为实际共锥度测量的误差控制提供了理论依据。在标记点安装精度小于10 mm的情况下,动态测量误差小于3.5 mm,合成产生的总测量误差小于4.9 mm,能满足旋翼共锥度动态测量精度要求。     

空间点的立体视觉传感器标定方法

给出了一种基于随机空间点的立体视觉传感器高精度标定方法.该方法无需求解单个摄像机的内外参数,而是将立体视觉传感器透视变换矩阵中的元素作为未知量,当已知一组由高精度三坐标测量机提供的三维空间点坐标及其对应的图像点坐标时,即可利用奇异值分解法求解出各未知量的最小二乘解,从而避免了使用各类标定模板时由于加工和测量误差引入的标定误差.最后用标定过的立体视觉传感器对一组随机空间点进行三维坐标测量,与坐标测量机给出值进行比较表明,在误差最大的X轴方向,测量误差＜0.05 mm,在Y轴和Z轴方向,测量误差＜0.01 mm,证明了该方法的有效性.     

变异机制粒子群优化的摄像机内参数校准

针对大空间单目视觉系统中摄像机内参数校准精度对整体测量精度影响较大这一问题,本文提出一种基于变异机制粒子群优化(MMPSO)算法的摄像机内参数虚拟三维校准方法。该方法基于分阶段最优化思路,通过建立摄像机成像模型对摄像机外参数及部分内参数进行初始值估计,再通过MMPSO算法对内参数进行优化校准确定最终的结果。实验中为了提供精确的校准控制点,搭建了校准硬件平台,将红外发光二极管固定于三坐标测量机测头上并跟随测头移动,构造一个大空间虚拟三维校准板。实验结果表明:主要的10个内参数均达到测量精度要求的数量级,验证了该方法的有效性。通过单目视觉坐标测量系统对两种校准方法所得结果进行等距测量实验,基于Janne Heikkila的三维校准法的总体标准差为0.112mm,基于MMPSO算法的虚拟三维校准法的总体标准差为0.084mm。通过对比实测数据标准差,可以证明本文提出的校准方法稳定性更好,精度更高。该方法能够满足大空间单目视觉坐标测量系统对摄像机内参数精度的要求,对视觉坐标测量技术领域中的摄像机校准等非线性优化问题具有一定指导作用。     

冷弯空心型钢三维在线质量检测系统设计

冷弯空心型钢断面的长、宽和弯角外圆弧半径等参数是其产品质量参数,生产中产品质量参数检测常采用人工测量方式,存在检测参数实时性差、测量参数精度不高及受人为因素影响等问题。基于线结构光测量原理,采用计算机视觉测量技术和自动化技术,设计了冷弯空心型钢三维在线质量检测系统,实现了系统的硬件结构、标定流程以及检测算法。设计的内容包括:提出了一种基于亚像素的线结构光中心线提取和精准圆拟合算法;实现了相机的标定以及单目、多目系统的标定;针对品质参数中的弯角测量采用一种三维点云数据处理方法,可以满足测量要求。经系统运行测试,系统误差为+0.2 mm以内,能够满足系统在线测量的性能要求。     

大视场双目立体视觉柔性标定

为了实现双目立体视觉系统大范围高精度三维测量,提出了一种大视场双目立体视觉系统柔性标定方法,该方法将系统中各相机内部参数标定与相机间的姿态标定进行分离,标定内部参数时,只需要令标靶相对于相机任意摆放至少三个姿态,对标靶上的编码标志点进行识别,根据标靶上编码标志点信息,建立各姿态下视图的对应关系,粗略计算标志点的初始三维坐标;建立多姿态下逆向投影误差最小的目标函数,采用非线性最小二乘优化获取精确的相机内部参数和标志点三维坐标;最后,建立基于双相机逆向投影误差最小的目标函数,优化得到精确的相机间姿态的外部参数。实验结果表明:当测量空间为1 200mm×1 000mm×1 000mm时,立体视觉系统的测量精度优于0.1mm,满足大范围双目立体视觉系统的高精度测量需求。     

硅棒特征点三维坐标视觉检测技术研究

针对人工接触式硅棒参数检测中存在的耗时、低效、误检等问题,提出一种采用四CCD机器视觉系统作为硅棒参数实时检测的非接触式测量方案。系统基于多目视觉检测原理,以四CCD多目视觉检系统作为机器视觉检测前端数据采集模块,拍摄待测硅棒表面轮廓图像信息。相邻两CCD构成正交双目交汇数据采集子模块,子模块基于正交双目交汇测量原理实时采集两路含有目标空间信息的数字图像数据并保存到上位机。上位机图像处理系统读取采集图像,完成多目相机标定,特征点提取、同名点匹配以及视差计算后提取出目标特征点三维坐标。该检测技术有效避免了人工主观因素造成的漏检、错检,满足实时在线检测要求,实现了硅棒特征点空间三维坐标高精度检测的目的。     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。