基于结构光技术的动物内脏三维重建研究

针对内窥镜手术监控中二维图像三维重建的需求,对结构光三维重建中的标定和匹配中的关键技术进行改进,使用改进后的标定方法和编码策略有效重建了动物内脏目标。为减少错检,在格雷码条纹之间加入一个像素宽的红色,来判断条纹边界像素点的存在与否。使用灰度重心法可精确实现条纹边界定位。针对三步相移法标定投影仪过程中相位去包络的不稳定性问题,使用双频投影栅线法,避免了复杂易产生噪声的去包络过程。实验结果表明,使用文中提出的策略可以有效重建动物内脏目标。     

载人潜水器的深海地貌线结构光三维重建

针对深海环境下通过视觉方法难以实现地貌的大范围、高精度三维重建的问题,提出一种基于蛟龙号载人潜水器的线结构光法深海地貌三维重建视觉传感器的设计方案。根据线结构光三维重建的原理,首先改进了Steger算法,实现了快速、精准的激光条纹中心线提取;然后利用直接标定法求解出地形特征的二维空间坐标,并克服了图像畸变对重建的影响;再将获得的二维点云与多传感器数据融合,跟随潜水器坐标实时计算偏移量,并根据传感器位姿变化对图像矫正,最终获得地貌的三维点云数据。根据重建原理设计了视觉传感器的软硬件系统,并搭建了实验模拟平台来验证方案的可行性。通过水下实验可以实现对模拟地貌的完整重建,精度达到96.9%,符合重建要求。     

一种基于线结构光的焊缝三维重建方法

介绍了一种基于结构光和双目视觉的焊缝三维重建方法。该方法利用轮廓点曲率提取激光条纹的轮廓关键点,再由所提取的关键点计算轮廓横截面法向量。并根据激光条纹服从正态分布的特点,借助灰度重心法提取条纹中心线。将焊缝在双目摄像机中的图像坐标点转换为世界坐标点,从而完成焊缝三维空间信息的重建。实验结果证明本文方法快速、准确,可以满足自动焊接机器人系统的应用要求。     

基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

基于线结构光的软包电池表面检测系统研究

为检测软包电池表面缺陷,开发一套基于线结构光的软包电池表面检测系统。首先搭建基于激光三角测量原理检测系统;对相机、光平面和移动位姿进行标定,通过相机与线结构光获取电池表面条纹图像;其次运用Steger方法提取条纹中心线;最后三维重建还原电池表面的形貌特征,结合表面条纹特性曲线,判断缺陷类型。试验结果表明,该系统能够检测软包电池表面缺陷类型及受损程度,满足软包电池表面检测的需求。     

一种基于二维平面靶标的线结构光标定方法

为实现对线结构光视觉测量系统的高精度标定,针对传统标定方法中存在特征点数量较少和标定精度一定程度上受结构光灰度提取精度影响的不足,设计了一种基于二维平面靶标改进的线结构光标定算法。该算法在交比不变定理的基础上,通过简单的棋盘靶标获取大量的特征数据点,进而通过最小二乘法获得初始光平面方程。将结构光中心点作为拟合光平面的特征点,依据结构光中心点既在光平面上又在棋盘标定板平面上的特性,筛除误差较大的异常数据点,最后通过筛选得到的数据点优化拟合光平面方程。在一般的试验环境下,光平面标定对比试验结果表明,改进后的标定方法在测量精度方面有非常显著的提升效果。     

基于平面标靶的线结构光参数一体标定算法

准确地标定系统参数是利用线结构光进行高精度 测量的前提,提出了一种基于平 面标靶的线结构光参数标定算法, 以期达到在工业现场进行高精度标定的目的。系统标定时,需要将激光线投射到平面标靶上 ,并在不同位置拍摄带有激光线 的标靶图像。首先,计算相机内参数;然后,通过内参数确定标靶平面在相机坐标系下的方 程,并由此计算出激光点在相机坐 标系下的三维坐标;最后,通过线性最小二乘方法拟合得到光平面方程。相对于交比不变方 法,本文算法可以获得更加稠密、 准确的标定点。在一种结构光扫描系统中的应用结果表明,本文算法均实可行,光平面标定 平 均误差为0.024mm,系统扫描平均误差为0.035mm。     

钢轨匹配中的线结构光平面标定方法研究

在利用激光无接触技术进行轨道检测时,为了彻底摆脱激光摄像式传感器对称安装的束缚,本文在大量调研国内外线结构光视觉系统标定方法的基础上,提出一种基于共面法的视觉系统结构参数的标定方法—等高线标定法。在量块上表面提取140个数据点,先对数据进行坐标变换,再利用Levenberg-Marquardt优化算法进行非线性迭代使所有点处于同一等高线上。该方法操作简单,对设备要求低,标定试验数据表明等高线标定法重复性达0.00133°,检定试验数据表明视觉系统在等高线法标定线结构光平面的基础上检测精度可达7.7 μm。其高精度性和便捷性符合铁道部门对轨道检测的要求。     

基于消隐点的线结构光测量系统标定方法

针对现有线结构光测量系统标定模型复杂、需要特制靶标等局限性,提出了一种新的线结构光测量系统标定方法.利用精密导轨运载平面靶标沿着空间一个方向至少运动两次,创建一组在激光平面上的平行特征线.根据消隐点的原理,建立新的数学模型,可以标定成像像素与运动方向上一维信息的直接对应关系.改变导轨运动方向,另外两个空间正交方向上的像素-维度对应关系同样可以得到.与传统标定方法相比,所提标定方法无需标定系统多组空间关系,简化了传统标定过程,减少了误差的积累.另外,靶标可为普通平面,避免了特制靶标的制造困难.实验结果表明,所提方法测量结果均方根误差(RMSE)为0.0359 mm,平均绝对误差(MAE)为0.0306 mm,可以有效用于线结构光三维(3D)测量.     

基于平面靶标的十字结构光标定方法

为提高十字结构光传感器的标定精度,提出一种十字结构光标定方法.利用提取光条中心直线的两步算法,对成像光条进行直线特征提取并拟合出像素坐标系下的直线方程;通过坐标转换,得到相机坐标系下的图像直线方程,再联合相机原点求出平面方程;由此平面方程联立相机坐标系下的二维靶标平面方程解出相机坐标系下的激光直线方程;改变靶标姿态,得...     

A New Solution for Projective Reconstruction Based on Coupled Line Cameras

We provide a new solution for the projective reconstruction problem based on coupled line cameras (CLCs) and their geometric properties. The proposed solution is composed of a series of optimized steps, and each step is more efficient than those of the initial solution proposed in [1]. We also give a new determinant condition for rectangle determination, which leads to less ambiguity in implementation. The key steps of the proposed solution can be represented with more compact analytic equations due to the intuitive geometric interpretations of the projective reconstruction problem based on CLCs: the center of projection corresponds to the intersection point of the two solution circles of each line camera involved.     

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...     

基于双目视觉的硅棒直径测量方法

提出了一种在实验室环境下模拟工业现场在线测量多晶硅还原炉内硅棒直径的检测系统。该系统采用双目立体视觉测量的方法,首先采用双CCD获取硅捧模型的实时图像,并依次进行摄像机的标定、特征点的提取、立体匹配、然后通过特征点的三维坐标计算硅棒模型的直径。实验结果表明,硅棒直径的测量结果达到了还原炉工艺参数自动化控制所需的精度,并且该测量系统有效地避免了人工长时间目测造成的劳动强度大以及由于主观因素造成误差较大的缺点。     

基于OpenCV的三维重建研究

以计算机视觉中热门课题——三维重建技术为研究对象,分析了开放计算机视觉函数库OpenCV中的三维重建模型,通过6个步骤,主要是摄像机标定和立体匹配中极线约束方法的使用,给出了基于OpenCV的三维重建算法.该算法充分发挥了OpenCV的函数库功能,提高了计算的精度效率,具有良好的跨平台移植性,可以满足各种计算机视觉系统的需要.     

三维空间目标识别的多滤波器技术

本文基于三维空间目标不变性识别的原理,采用多滤波器并行处理和综合判断的光学相关检测技术,对三维空间目标进行识别。实验结果表明仅由４个滤波器构成的滤波器组已能识别出三维目标在水平３６０°、高低角±３０°范围内不同视角的二维平面图像。     

杂光对三线阵相机光学系统成像的影响

针对高成像质量三线阵测绘相机杂光导致相机成像质量下降的问题,文章根据光学系统的设计结果,对相机的杂光系数进行分析与计算,提出合理的杂光抑制措施;利用ZEMAX软件和LightTools软件,分析了杂光对三线阵立体测绘相机成像的影响,通过模拟计算得到杂光系数小于5%的理论结果;实验检测了相机实际杂光系数,得到最大杂光系数小于6%的实测结果,模拟了杂光影响下的光学系统图像,证明了杂光抑制措施的有效性和杂光影响下成像分析的合理性。     

基于机器视觉的三维重建技术研究

研究了基于机器视觉的三维重建技术。利用普通的数码摄像机拍摄图片,通过摄像机定标、特征点检测和匹配、基础矩阵和本质矩阵计算来实现图像的三维重建。采用张正友标定方法的相机标定工具箱实现了相机的标定,利用尺度不变特征变换(SIFT)特征点的检测和匹配方法进行了图像特征点的检测和匹配,采用RANSAC算法计算基础矩阵,最后利用相机内参数和由基础矩阵获得的本质矩阵重建物体的特征点,并进行纹理贴图。实验结果表明利用这些图像可以进行物体重建,并且能够很好地反映出物体的三维特征。     

基于深度相机的小型无人机室内三维地图构建

为了解决小型无人机在室内光线不足情况下的避障以及路径规划问题,设计了一种基于深度相机的无人机室内地图构建系统。文中使用Pixhawk控制板和低成本嵌入式结构光深度相机硬件平台,为避障以及路径规划目标提供室内环境信息。采用反传感器模型算法,利用深度相机和位姿传感器提供的信息来筛选处理出有效的障碍物信息,并构建室内的三维地图,其中深度相机通过激光扫描的方式来获取障碍物点云的描述信息,利用位姿传感器获取无人机的高度信息。实验结果表明,使用该系统能够快速获取室内地图,对障碍物的判断准确率比较高,且不受光线影响,可以广泛应用于无人机的室内导航,实现不依赖外部光源的室内无人机地图构建系统。     

线结构光视觉测量系统运动轴线的简易标定方法

为简化测量系统中平移轴和旋转轴的标定,提出一种基于一维平面标靶的简易标定方法。将一维标靶放置在数控平台上,控制平台分别做平移和旋转运动,提取每个位置下图像中圆心坐标,利用消隐点和三点透视模型(P3P)原理实现系统轴线空间位置的标定。实验结果表明,该标定方法具有较高的标定精度,平均绝对测量误差为0.0411 mm,均方根(RMS)误差为0.0625 mm。该标定方法仅需已知的等距共线三点即可完成平移轴线和旋转轴线的高精度标定,降低了标定成本,且计算简单、标定过程灵活方便,适合现场标定。