基于PMD相机的特征跟踪位姿测量方法

PMD相机是一款基于TOF(时间飞行技术)原理的主动式3D相机。该相机可以同时获取灰度图像和距离图像,具有帧率高、无需扫描、不依赖于外界光照等特点,可以将其用于目标的实时位姿测量。研究了相对位姿测量问题,提出基于PMD相机的特征跟踪位姿测量方法。该方法利用PMD相机可直接获取目标物体上各点的深度信息的特点,实时获取目标图像中的特征,并且利用卡尔曼滤波算法,对目标特征进行实时跟踪,提高了位姿测量系统获取信息的速度,而且有效的避免了传统的图像配准方法中提取特征信息存在的复杂性和误差问题。根据获得的特征信息,通过特征点之间的约束关系,实时的确定相机与目标之间的位姿参数。实验结果表明此方法的可行性和有效性。     

融合边缘检测与深度网络的旋钮位姿测量方法

为实现微旋钮的智能调控,获取旋钮准确位姿为关键任务。基于此,提出了一种融合边缘检测与深度网络的旋钮位姿测量方法。首先,针对图像倾斜产生测量误差的问题,提出改进的Canny算法提取准确边缘,并结合透视变换对其矫正;其次,利用改进的YOLO-V4算法实现旋钮的精确分割;最后应用改进的Canny算法与双三次样条插值提取高精度旋钮凹槽亚像素轮廓,通过PCA算法拟合轮廓矩形并测量位姿。实验结果表明,所提改进Canny算法的边缘提取精度提高,有效减少了虚假边缘;改进的YOLO-V4旋钮检测算法相较于YOLO-V4平均检测精度提升了2.92%,达到99.49%;旋钮凹槽中心位置与偏转角度的测量精度分别达到1.5pixel和1.5°,可实现旋钮位姿的高精度测量。     

单轴转台上2D激光雷达的位姿估计

针对单轴转台搭载2D激光雷达进行场景扫描的系统中的激光雷达动态位姿估计问题,提出一种利用V形棋盘格标定板进行位姿估计的方法。通过相机拍摄标定板上的两条光条直线的图像,提取光条直线特征,计算光平面及两条光条在相机坐标系下的方程;再结合雷达提供的扫描数据,计算出雷达坐标系与相机坐标系的变换关系;通过控制转台做3次以上的旋转运动,解算出转台轴在相机坐标系下的直线方程,拟合出雷达光心、雷达坐标系的坐标轴关于转台旋转角度的函数关系。位姿估计实验中计算得到的雷达光心位置与样本的平均误差在1.2 mm以内,计算得到的雷达坐标轴方向与样本的平均误差在0.7°以内;目标测量实验中通过单轴转台搭载2D激光雷达对目标尺寸测量的平均误差在3 mm以内。实验结果表明该方法具有较好的准确性。     

基于视觉的快速、鲁棒相对位姿解算

基于视觉的相对位姿非线性迭代计算方法在初始值选取不当、存在量测误差、视觉测量系统与合作目标距离过小时,会产生迭代计算收敛慢、相对位姿计算误差大、甚至出错等问题。将线性弱透视变换、景深估计以及奇异值分解方法应用于基于视觉的相对位姿计算,提出基于视觉的快速、鲁棒相对位姿计算方法。该方法可自寻初值,抗量测噪声干扰,克服数据恶化时因旋转矩阵的错误带来的误差。仿真结果表明该方法迭代计算收敛快、解算精度高、鲁棒性好。     

基于光场EPI图像栈的6D位姿估计方法

光场相机单次拍摄可以同时记录光线的强度与方向信息,相较于RGB相机能够更好地揭示场景的三维结构和几何特征,在目标6D位姿估计领域具有独特优势。针对现有RGB位姿估计方法存在复杂场景下检测精度低、鲁棒性差的问题,本文首次提出了一种基于光场图像的端到端卷积神经网络目标位姿估计方法。该方法首先利用双路EPI编码模块实现高维光场数据的处理,通过重构出光场EPI图像栈和引入水平和垂直EPI卷积算子,提高对光场空间角度信息关联的建模能力,并由双分支孪生网络进行光场图像的浅层特征提取。其次,设计了带跳跃连接的特征聚合模块,对串联后的水平和垂直方向光场EPI浅层特征进行全局上下文聚合,使网络在逐像素关键点位置预测时有效结合全局和局部特征线索。针对光场数据不足问题,本文使用Lytro Illum光场相机采集真实场景,构建了一个丰富且场景复杂的光场位姿数据集——LF-6Dpose。在光场位姿数据集LF-6Dpose上的实验结果表明,该方法在ADD-S和2D Projection指标下平均位姿检测精度分别为57.61%和91.97%,超越了其他基于RGB的先进方法,能够更好地解决复杂场景下的目标6D位姿估计...     

基于视觉里程计的室内位姿测量技术研究

随着人口老龄化程度的不断加深,独居老人也在不断增多。 在解决独居老人养老问题的应用上,室内定位是最基本和 关键的问题。 针对室内定位的需求,提出了双目视觉里程计定位算法,从相机成像模型、特征提取、特征匹配以及运动估计 4 个 方面展开了研究。 首先,采用双目摄像头作为传感器进行图像采集;然后通过提取 ORB 特征点来完成相邻图像之间的匹配关 系,根据基于 BRIEF 描述子的立体匹配算法得到左右图像对应特征点的匹配关系;最后对相机的运动进行估计。 设计了硬件 和软件平台对提出的方法进行实验。 实验证明,基于视觉里程计的室内定位技术能够准确地定位老人在室内的位置,能够实时 地对老人进行安全监护。     

单目视觉里程计位姿解算质量评估因素分析

近年来,弹性PNT和综合PNT不断发展,多源传感器的弹性融合机制受到广泛关注。针对多源组合导航中视觉传感器的测量精度和可靠性受环境影响大,对精度的影响程度难以单独评估等问题,通过研究单目视觉里程计位姿解算质量的评估因素,体现多源传感器融合系统中视觉传感器的测量质量,提出基于李代数推导的反应空间点构型对相机位姿恢复精度影响的精度衰减因子Visual-DOP,设计了单目视觉里程计位姿解算质量评估算法,并在视觉里程计权威数据集KITTI上做了验证,通过控制变量的方法解耦每一个评估因素与定位定姿精度的关系,结果显示采用的位姿解算质量评估因素能够正确反应单目视觉里程计的导航精度受视觉测量质量的影响程度。     

基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于Pn P的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将Pn P位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

基于多节点到达时间差的相对位姿测量系统

在AUV对接逼近阶段,光学成像敏感器位姿测量性能受水下杂散光干扰和姿态角增加而降低.针对这个问题,提出一种新的基于多节点信号到达时间差的相对位姿测量方法.对接平台配置多个声发射换能器,同步发射具有多址能力的声信号;AUV配置多接收换能器,利用测量的到达时间差结合换能器节点的几何位置关系,通过线性迭代直接解算AUV与对接平台之间的相对位姿,保证定位精度,节省运算开销.仿真结果表明,所提出测量算法精度高,能够满足水下对接逼近阶段的相对位姿测量需求.     

基于三维激光扫描点云配准的目标位姿测量

地外天体着陆探测是我国深空探测的重要形式和方法,针对地面探测模拟训练系统中探测车位姿提取的需求,提出了一种利用激光扫描仪和标靶球结合的方法进行特征识别,拟合出探测车的位姿数据,并建立地面模拟训练系统。首先对激光扫描数据进行滤波预处理去除点云中离群点,然后选择适当的参数对数据进行重采样。通过基于分类改进的区域增长法对点云进行分割,筛选出指定数量范围的点集并拟合多个标靶球位置信息以建立局部坐标系。通过实验数据分析,标靶球拟合精度满足3mm最大允许误差,点云处理速度得到有效提升,验证了特征识别方法的准确性和高效性。最后通过坐标系转换估计出探测车的位姿矩阵信息。     

双目视觉系统实现羽毛球实时跟踪

利用双目视觉系统实现三维空间中羽毛球的实时跟踪.主要从双目图像获取、双目标定、图像校正、立体匹配等方面对双目进行探究,以识别运动中的羽毛球为导向,实现对运动中的羽毛球进行实时跟踪定位.为增加系统稳定性,采用背景减除算法和Camshift算法相结合的方法实现羽毛球在较为复杂背景的跟踪监测,再通过双目获得目标羽毛球的位置信...     

投影测量技术在翼型表面摩擦力测量中的应用

为了克服风洞荧光油膜法测量翼型表面摩擦力实验中获取待测翼型表面油膜演化图像时存在的不利因素：待测机翼表面曲率、机翼表面振动和扭曲、成像设备相对位置以及光线折射率变化等,引入了适用于曲面的投影测量技术。针对风洞中拍摄图像亮度不高,标记点不易提取的问题,本文从相机针孔模型的成像原理切入,建立成像平面中的像素点与其对应的空间位置的映射模型,并运用冗余信息融合的方法来降低标记点提取的误差。曲面投影测量技术在风洞荧光油膜法测量翼型表面摩擦力实验中得到了验证,将拍摄到的二维油膜演化图像投影还原成对应的三维空间图。     

基于结构光的深孔零件内表面单视角三维重建

针对深孔类零件内表面三维测量问题,本文提出了一种新型深孔类零件内表面三维重建算法。该方法使用远心镜头和多线结构光发生器获取深孔类零件内表面的结构光图像,结合深孔零件的形态特征,建立了基于柱坐标系的远心镜头三维投影模型,并利用图像的偏移量计算测量点的半径,并在此模型上获取测量图像的三维重建点云。实验结果表明,该方法在155mm直径的深孔测量中均方根误差在0.03mm以内,测量精度满足系统要求,为精确分析深孔零件内表面状态提供了数据基础。     

A method for measuring the 3‐D shape of objects with nonuniformly reflective surfaces

A method has been developed for measuring the shapes of 3‐D objects whose surfaces have regions of different reflectance. The 3‐D coordinates of the object sections are obtained by triangulation with a light‐section method, using a slit light source and a CCD camera. A CCD camera with an expanded dynamic range is employed to reduce the influence of reflection from uneven surfaces. The CCD camera expands the dynamic range by combining multiple images captured at different shutter speeds. A trial 3‐D shape measurement system has been produced using our method. The effectiveness of the method was confirmed experimentally. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng. Jpn, 126(2): 40–47, 1999