基于单目视觉的电动公交车自动更换电池系统

目前电动公交车所用电池沉重而体积大,人工更换时存在挪动调整费力、精确定位困难等问题。针对这些问题,提出一种基于单目视觉的电动公交车自动更换电池系统。该系统使用单目摄像机获取图像,对蓄电池箱的空间位姿进行测量,再通过两级导轨和旋转机构将蓄电池调整到指定位置。位姿测量时采用基于点特征的单目视觉测量算法,提取蓄电池箱的四个角点作为特征点,根据特征点在物体坐标系下以及在CCD成像面上的坐标值,在空间投影模型的基础上求解出物体坐标系相对于摄像机坐标系的变换矩阵,从而求得蓄电池箱的空间位姿。实验证明该方法具有较高的可靠性,并且满足实际问题的精度要求。     

基于标志点识别的三维位姿测量方法

提出一种基于双目视觉原理测量运动目标三维位姿参数的新方法。采用LED作为标志点来定义运动目标局部坐标系,通过双目视觉方法计算各LED的全局坐标,进而得出运动目标的三维位姿参数。同时根据实验环境的特殊性,提出一种基于优先级的外极线斜率约束匹配算法。实验结果表明该测量方法简单高效,满足精度和实时性的要求。     

基于结构光的星箭对接环相对位姿测量方法

空间非合作目标位姿测量是空间在轨维护的前提。面向空间机械手对空间载体自动抓捕的应用需求，提出了基于结构光的空间非合作目标视觉测量方法。该方法以双套双线结构光测量装置作为测量传感器，以空间载体上普遍存在的星箭对接环作为抓捕目标。根据对接环的共同特点，选择直线特征和点特征相结合作为相对位姿的求解特征；基于直线特征求解圆环平面法向量，基于点特征求解圆环圆心坐标，进而得到机械手工具坐标系与对接环坐标系间的相对位姿关系；基于多重几何约束实现了不同光照条件下图像上目标直线的鲁棒识别。建立了演示验证实验系统，在大量演示实验的基础上，进行了实验结果分析。     

便携式车轮定位参数视觉检测系统研究

将双目视觉测量技术应用到汽车四轮定位中,采用两个摄像机的立体视觉方法,采集目标板图像并提取目标板上特征点,并根据几何模型计算特征点的空间位置,求得目标板的空闯位姿,通过分析车轮运动模型建立车轮参数模型,进而得到需要的角度;完成了亚像素级角点提取并正确匹配,标定了两个摄像机的内外参数与视觉系统参数,得到了目标板的空间位姿,通过实验的方法,验证了方案的可行性,分析了误差来源,同时初步搭建了WINCE嵌入式实验平台进行嵌入式算法研究.     

基于手眼立体视觉的机器人定位系统

研发了基于手眼的机器人定位系统,采用了眼在手上的单目摄像机,通过机械手的一次移动实现了立体视觉的功能.提出了一种方便有效手眼标定方法,避免了复杂的传统手眼标定过程,无需求解摄像机外参数和手眼变换矩阵.仅获取标定时刻的摄像机综合参数和机器人位姿,就可以在机器人基坐标系中视场范围内的任意两点进行检测,根据立体视觉的约束关系求解出目标物体在机器人基坐标中的位置,进而实现对目标物体的精确定位.     

双目视觉测量系统位姿解算方法研究

在大部件自动对准系统中,为了解决近距离观测无法获得被观测目标全部特征的问题,使用双目视觉位姿测量解算方法,设置其中一个相机为基准相机,利用两相机之间已知的位姿关系,将非基准相机拍摄的特征点信息转换到基准相机的相机坐标系下,然后利用位姿解算的迭代算法思想求解两部件之间的位姿关系.当特征点数目较少时,迭代算法的误差函数会陷入局部极小值,针对上述问题,设计了一种利用各坐标系之间的转换关系求解迭代初始值的方法,并通过仿真证明了算法的有效性.     

单目视觉智能车的伺服规律研究

通过分析单目视觉智能车的运动特征,建立其空间约束模型以及与运动控制密切相关的图像坐标系和运动平面坐标系,在此基础上根据摄像头相对位姿的不同推导出2种不同的坐标映射关系,讨论将其应用在单目标跟踪和连续目标跟踪时的车体运动控制规律,形成一个有较强针对性和实用价值的手眼机器人视觉伺服框架。实验验证了单目视觉智能车伺服规律的有效性。     

基于平行性约束的位姿测量方法研究

提出新的有效的位姿测量算法。该方法使用共面特征点, 利用投影变换中的平行性约束等仿射不变量快速求得特征点摄像机坐标系空间深度值, 并作为初值求解以特征点几何约束条件建立的无约束非线性最优化目标函数, 保证最终解的精确性和收敛性。搭建实验系统验证了算法的有效性, 并与最小二乘法进行比较, 该算法有效减少了计算过程中的迭代次数, 提高了运算速度。该结果为应用单目视觉进行工业实时在线测量提供了一种新的方法。     

基于共面二点一线特征的单目视觉定位

研究了根据点、线混合特征进行单目视觉定位问题,在给定物体坐标系中共面的两个特征点和一条特征直线的条件下,根据它们在像平面上的对应计算相机与物体之间的位姿参数。根据三个特征之间的几何位置关系,分两种情况给出问题求解的具体过程,最终将问题转换成求解一个二次方程问题,真实的工件定位实验验证了方法的有效性。该结果为应用单目视觉进行工件定位提供了一种新方法。     

基于机器视觉的工矿现场粉尘实时监测

针对传统粉尘监测方法实时性差、覆盖面不全的问题,提出了2种基于机器视觉的工矿现场粉尘实时监测系统设计方案,即基于单目视觉的粉尘监测系统和基于双目视觉的粉尘监测系统。基于单目视觉的粉尘监测系统采用帧差法、腐蚀膨胀算法等实现对视场内粉尘目标的快速识别;基于双目视觉的粉尘监测系统在单目视觉粉尘监测系统的基础上,利用标定靶,通过空间三维重建实现粉尘定位。实验结果表明,基于单目视觉的粉尘监测系统可以捕捉粉尘团生成的过程,实时处理速率为4帧/s;而基于双目视觉的粉尘监测系统可以进一步测量粉尘团位置信息,定位误差在10%以内。     

基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统

针对国内外桥梁裂缝测量效率低、成本高、精度低等现状,提出了一种基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统。采用相机标定、图像匹配、三维坐标计算等双目立体视觉技术对桥梁裂缝的宽度和长度进行计算,实现了桥梁裂缝测量系统。实验通过与单目摄像机用图像处理方法计算的桥梁尺寸结果作对比,表明:对于同一条裂缝的宽度与长度,用所提方法在不同拍摄角度下计算结果差别不大,并且与真实值的相对误差分别保持在10%和1%以内,而同一条件下单目测量系统的计算结果则随着拍摄角度的变化相差很大,宽度测量误差最大达到了19.41%,长度测量误差最大达到了54.35%。说明基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统可以应用于实际中,并且鲁棒性更强,测量结果更精确。     

多介质下空间目标的视觉测量

基于计算机视觉的无接触三维测量原理和光的折射定律,提出一种多介质下空间目标视觉测量方法。采用多相机捆绑调整及多角度相互校正,通过双目立体视觉技术结合光线在多介质中发生两次折射的数学模型对运动体上各标志点进行测量,获取各标志点的三维空间坐标,经平面拟合、坐标转换,最终解算得到运动体六自由度空间坐标。实验结果表明,该方法适用于多介质视觉测量,具有较高的测量精度和良好的稳定性。     

空间编码与外极线斜率约束相结合的立体精匹配方法

三维型面非接触测量在工业领域有着广泛的应用前景。双目视觉是一种有效获取三维轮廓信息的方法，其中立体匹配是关键的一个步骤。本文提出了结合空间二进制编码与外极线斜率约束来实现立体精匹配的方案。首先利用空间编码将被测物空间划分成众多的不同编码区域．然后结合外极线斜率约束在左右两幅图像中具有相同编码的区城内寻找匹配点。该方法能够实现亚像素级的立体精匹配，改善了交向摆放姿态双目立体视觉系统的匹配质量。     

一种基于弹道曲线模型的脱靶量测试方法

针对传统的脱靶量测试设备体积庞大、不便移动且测试成本高等缺点,提出了一种基于弹道曲线模型的双目立体视觉的脱靶量测试方法。研究了摄像机的成像模型及坐标系变换,分析了摄像机标定的一般方法,构建了摄像机标定模型,并推导了标定参数的表达式。基于双目立体视觉测试技术设计了弹道曲线模型的弹丸脱靶量测量系统,其测量过程简单且标定结果稳定,可实现弹丸运动目标的快速检测,通过对运动目标的空间定位和轨迹拟合实现了脱靶量的测试。实验结果表明:弹道直线模型和曲线模型均能简便地求解飞行弹丸脱靶量,后者比前者更贴近实际弹丸飞行轨迹,可获得更高精度的脱靶量,弹道曲线模型的脱靶量平均绝对误差(MAE)比直线模型降低了大约一半。     

基于一阶径向畸变算法的双目摄像机多位姿标定方法

双目立体视觉中在对物体进行三维测量或精准定位时,需要对摄像机进行标定以获得其内外参数。研究径向畸变摄像机模型,构造了基于一阶径向畸变（RAC）算法的双目摄像机内外参数线性求解公式。考虑侧倾角、旋转角、俯仰角以及透镜的主要畸变因素,修正了传统RAC标定法中只考虑径向畸变、部分参数需要先验值的缺陷。利用标定所得内、外参数进行了多位姿双目摄像机三维重构实验。实验结果表明,该标定方法重投影误差分布在[-0.3,0.3],动态识别结果与实际运行轨迹重合率为96%,对降低双目立体视觉三维测量误差率有积极性影响。     

基于单目和双目视觉信息的全参考立体图像质量评价模型

在立体图像质量评价领域,有效地模拟人类视觉系统对图像质量进行评价具有重要意义,考虑到人眼的视觉感知特性,基于单目和双目视觉信息构建一种立体图像质量评价模型MB-FR-SIQA。采用基于结构相似性的立体视差算法得到参考和失真立体图像的视差矩阵,结合Gabor能量响应图、显著性图和视差矩阵生成中间视图,并优化左右眼加权系数计算方法,以提高生成中间视图的准确性。分别利用单目图像和中间视图提取单目和双目视觉信息,计算单目质量分数和双目质量分数,并融合得到立体图像的质量分数,达到评价立体图像质量的目的。实验结果表明,MB-FR-SIQA模型在LIVE-I数据库上具有较高的预测精度,其斯皮尔曼等级相关系数、皮尔森线性相关系数、均方根误差分别为0.945、0.951、5.318,且预测的质量分数符合人类主观评估。     

双目立体视觉系统的精度分析

为提高双目立体视觉系统的测量精度,分析双目视觉系统的工作原理以及该系统各个环节的误差模型.通过提高标定模板的精度、增加标定图像,可以减小标定误差及图像校正行对齐误差.分析图像识别误差对视觉系统测量精度的影响,导入视觉系统的结构参数与测量误差之间的关系,从而确定结构参数对测量精度的作用.讨论物距对测量精度的影响,并给出合...     

基于背景感知相关滤波的深度提取跟踪算法研究

背景感知相关滤波算法将目标背景和前景一起建模[1],利用包含背景信息的负样本进行训练,得到高鲁棒性核相关滤波器,实现跟踪目标与背景的分离。这种单目实现的相关滤波跟踪算法能够做到实时跟踪,却以丢失深度为代价。本文提出了一种将双目立体视觉深度提取与基于单目的背景感知相关滤波相结合的算法,该算法在做到实时跟踪的同时,能够对视频序列中的若干帧利用改进的双目立体匹配SGM算法得到视差图,反馈出跟踪目标的深度信息。实验结果表明该算法具备实时性,且三维坐标定位准确。     

双目系统全视域采样的SVM标定模型分析

目的 为改善摄像机间接标定采样不全、模型表达模糊问题,实现小视场下检测视域完备采样,提出一种基于双目系统全视域采样的支持向量机（SVM）标定方法。方法 该方法利用六角晶格标定板靶点序号可读特点为基础,采集整个双目系统有效视域中检测点的视差坐标、世界坐标并建立完备的样本集。选取SVM对该样本集进行训练,将SVM算法得到的模型参数代入其决策函数中进行求解,获得公式化的标定模型。由于六角晶格标定板的四角和中心分布了5个互为非中心对称的多边形,可在标定板部分区域被采集的情况下获取标定板位姿信息,进而读取采集的各靶点序号。通过上下移动标定板,利用HALCON算子获取图像中各靶点的序号,建立双目视觉系统检测区域的完备样本集。最后,利用SVM算法训练样本获得标定模型,可以明确表达出标定模型的数学形式。结果 与传统采样建立的模型进行对比分析,实验结果表明该方法建立模型的标定误差减小了24.51%,降低了标定模型在传统方法未采样区域的标定误差,证明了该方法的可行性。结论 提出一种基于双目系统全视域采样的支持向量机标定方法,通过非中心对称的多边形确定标定板上靶点的序号,实现双目视觉系统检测视域的完备采样。实验结果表明该方法提高了摄像机间接标定的精度,具有良好的适用性和鲁棒性,适用于小视域内双目视觉系统的间接标定。     

结合机器视觉的采摘机械手的定位仿真研究

对水果采摘机械手空间定位机理进行了研究,分析了双目立体视觉系统的定位误差并建立视觉误差补偿机制,利用虚拟机械手开发软件和CCD视觉硬件构建了仿真系统,通过双目立体视觉获取空间位置数据映射到虚拟环境下引导机械手进行模拟采摘。该系统利用多领域知识融合实现了采摘机构与视觉关联精确定位的仿真,能有效地指导实际作业环境中采摘机械手精确定位的优化设计。