CMOS图像传感器中卷帘式快门特性及其应用

结合CMOS图像传感器研究了CMOS图像传感器卷帘式快门的具体应用.介绍了卷帘式快门的特点和工作原理,分析了具有卷帘式快门的CMOS图像传感器的成像特性,并对其进行了成像实验.探讨了一种利用卷帘式快门相机拍摄的单精度视图来计算高速物体在三维空间中的位姿和速度的新方法.最后,提出了一个运动目标的透视投影模型,讨论了估计目标位姿和速度的方法.实验结果表明:具有卷帘式快门的CMOS图像传感器对运动物体成像时会产生一定程度的畸变,畸变的程度与积分时间等传感器参数的设置有关.在误差最小化的情况下得到了运动物体的位姿和速度参数,计算误差在2.5%以内,测量精度为0.01 rad/s.对实验结果的分析证明了方法的可行性.这种计算方法能够使得低价格、低耗能的CMOS相机转化为一种新的速度传感器.     

基于线结构光视觉的方形状物体位姿估计

工业生产制造领域存在大量的方形状物体,与之相关的机器人自动化作业需要获取方形状物体的位姿信息,为此提出了一种基于线结构光视觉的方形状物体位姿估计方法.首先搭建硬件系统并完成标定;然后采集图像进行处理并提取出能够表达方形状物体位姿信息的特征点,对这些特征点进行矩形拟合,获取位姿参数;最后对所开发的检测系统进行了测试评估实...     

基于Delta并联机器人的传送带动态跟踪

Delta并联机器人是最典型的空间三自由度移动的并联机构,其在3C电子产品行业、食品包装行业、生物制药行业均得到了广泛的应用。主要以Delta并联机器人为研究对象,通过视觉系统定位物体的位姿,再结合传送带编码器的位置反馈信息,计算出物体在机器人坐标系下面的实时位姿。实验结果表明,机器人在位置模式下,通过改进后的PID算法,能预测传送带上物体的位姿,并实时调整自身移动速度和末端位姿来跟踪传送带上的物体,最终实现对目标的动态跟踪抓取。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

融合深度图像与密度聚类的下一最佳测量位姿确定方法

针对机器人视觉自动测量中的下一最佳测量位姿确定问题,提出一种融合深度图像与密度聚类方法.该方法采用结构光双目视觉测量技术获得初始视角下被测物体的深度图像和三维点云数据,基于深度图像信息快速获取被测物体的边缘与密度聚类分析区域,基于密度聚类方法判定区域的复杂程度,进一步结合视场要求计算子区域权重,获得下一视场的最佳移动方向.利用趋势面分析预测下一最佳测量位姿的空间范围,采用深度图像信息获得趋势面分析全局区域,并快速获得中心趋势线的空间数据以确定下一最佳测量位姿.建立了Universal Robot 5 (UR5)机器人和视觉测量平台,对胡巴和海盗头像模型进行测量实验,验证了所提方法的有效性.     

桥式起重机运行环境三维建图偏振光降噪研究

在桥式起重机运行环境双目视觉三维建图任务中,为减少因反光耀斑所造成的建图误差,文中对双目相机采集的图像使用偏振滤镜对偏振光进行过滤,使用搭建的实验台进行了实验,比较了偏振滤镜对三维地图精度的影响.结果表明:偏振滤镜可以有效过滤物体表面反光,减小建图误差,提高建图结果的鲁棒性.     

基于动态视觉传感器的旋转检偏成像系统

为了实现偏振成像系统的小体积、低延时和快速目标检测,利用动态视觉传感器对动态场景灵敏度高、成像速度快的特点,提出了基于动态视觉传感器的偏振探测方法.从动态视觉传感器的对比度灵敏度出发,结合光学偏振原理,从理论上证明了基于动态视觉传感器偏振探测方法的可行性.设计并搭建了实验系统,由转台载着偏振片快速转动,由于视场内景物的反射光具有不同的偏振特性,经过旋转偏振片后发生明暗变化,动态视觉传感器快速捕捉变化并成像,系统采用嵌入式GPU(Graphics Processing Unit)控制并实时显示成像.实验结果表明:偏振系统对视场内的偏振度灵敏度为0.148,目标轮廓清晰,并具有良好的可视性.该系统弥补了传统偏振成像装置体积大、成像速度慢的不足,为基于偏振图像的目标检测等应用奠定了基础.     

航空多角度偏振辐射计的偏振定标

研究了航空多角度偏振辐射计的辐射定标方法,以消除其自身引入的偏振效应,提高偏振辐射计的测量精度.首先,根据引入仪器偏振效应的主要因素推导了含定标系数的仪器探测方程,由仪器在0°和90°两个状态下对同一信号的探测方程求解了定标系数表达式,并设计了仪器分别处于两个状态下获取信号、求解定标系数的定标方法.最后,分别针对非偏振光源和完全线偏振光源的测试数据求解了所有的定标系数,使用可调偏振度光源验证了偏振定标结果.结果显示,该仪器偏振测量精度不低于o.5％,满足仪器精度指标要求.     

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。     

偏振光散射无标记活体＂显微＂成像技术研究进展

偏振光测量是一种用来探究物质结构和形态的有效方法。偏振光散射测量可以通过介质的偏振特性得到微观结构和形态信息,并可以提高样品浅层成像分辨率,从而减小光学成像受散射的影响。偏振光散射测量具有光学方法的非侵入、无损伤、快速测量等优势,在生物医学以及材料、海洋、大气等领域都有很好的应用前景,特别是在癌变检测方面的潜力尤其引人注目。本文通过介绍偏振光散射测量的相关方法及研究进展来分析目前偏振光学成像在生物医学等领域的发展状况,以及未来发展的前景。     

基于线结构光的双目视觉目标位姿测量研究

为了应对在复杂情况下对无有效特征物体的非接触目标位姿测量,文中提出了一种基于结构光的双目视觉目标位姿测量方法,通过将结构光投射到目标物体上,结合2台工业摄像机组成一个结构光双目视觉测量系统。重点介绍了光条中心提取方法、立体匹配方法的选择,以及对结构光双目测量系统的测量模型,并进行了平面板件偏转角的测量实验,验证了测量方法的可行性与有效性。     

基于级联式Faster RCNN的三维目标最优抓取方法研究

机器人在三维目标识别和最优抓取方面的难点在于复杂的背景环境以及目标物体形状不规则,且要求机器人像人一样在识别不同三维目标的同时要确定该目标的最佳抓取部位的位姿。提出一种基于级联式模型的深度学习方法来识别目标物体及其最优抓取位姿。第1级提出了改进的Faster RCNN模型,该模型能识别成像小的目标物体,并能准确对其进行定位;第2级的Faster RCNN模型在前一级确定的目标物体上寻找该目标物体的最优抓取位姿,实现机器人的最优抓取。实验表明该方法能快速且准确地找到目标物体并确定其最优抓取位姿。     

一种立方棱镜带通滤光片的设计

提出了低偏振分离的立方棱镜带通滤光片的设计方法。为减小光在立方棱镜中s、p偏振光的偏振分离,采用三种材料来构成带通滤光片的反射镜,并采用不同折射率排列的反射镜结构构成嵌入式的多个带通滤光片,既提高了s、p偏振光的通带透射率,又减小了s、p偏振光在通带中的偏振分离和偏振位相差。通过改变反射镜的基本周期数和滤光片的周期数,可以调节滤光片的通带宽度和截止度,经膜厚优化,得到满意的设计结果。     

基于立体视觉和激光标记的空间物体位姿的快速定位算法

建立了一种4自由度双目立体视觉装置的传感器模型,根据空间两条相交射线唯一确定空间一点的原理,提出了在摄像机上加装激光源的方法,通过激光标记来解决目标物体上同一点在两幅CCD图像上对应点的快速匹配问题,从而很方便地求取目标物体的深度信息。最后,研究了目标物体空间位姿的图像定位算法,并通过确定的空间圆柱体位姿验证了该方法的正确性。     

气溶胶浓度对偏振光传输特性的影响

采用双光路检测配置条件,结合Mie氏理论,运用斯托克斯矢量形式,以烟雾模拟特定气溶胶环境,探究偏振光经过不同烟雾环境的传输变化情况。考虑到大气气溶胶成分、质量浓度和颗粒大小以及光源的波长和偏振态等多因素的影响,主要在气溶胶质量浓度和光源配置方面进行研究。实验结果表明,不同烟雾质量浓度时,水平线偏振光的偏振特性基本不改变,右旋偏振光和45°线偏振光退偏程度随烟雾质量浓度的增加而增加,460nm和556nm波长的偏振光在变化趋势上保持一致。     

基于双高斯过程的协作机器人自适应策略

为适应目标物体位姿的变化,实现运动的平滑性,提出一种机器人自适应策略,在位姿适应和轨迹调整两个环节上各建立一个高斯过程模型。位姿适应的高斯过程通过线性协方差函数将观测变量和机器人关节变量关联,避免了视觉系统的校正和机器人运动学逆解;轨迹调整的高斯过程利用高斯核函数计算关节轨迹点之间的协方差,使调整后的机器人轨迹更加平滑。通过UR3机器人在有障碍物下的自适应抓取实验,证明了所提方法既能够适应目标物体的位姿变化,又能得到平滑的关节运动。     

一种位置和图像相切换的视觉伺服仿真分析

视觉伺服抓取通常将相机采集的当前图像特征与期望图像特征之间的偏差作为输入信号，通过图像处理、视觉伺服策略等使机械手能够运动到期望位姿。传统的基于位置或基于图像的视觉伺服存在各自的缺点，这里在视觉伺服控制方面，结合位置视觉伺服收敛速度快以及图像视觉伺服精度高的优点，研究了基于位置和基于图像的切换视觉伺服方法。以机械手坐标系原点与期望位姿坐标系原点在世界坐标系下的距离作为视觉伺服切换的阈值，通过对切换视觉伺服方法的仿真分析，验证了该方法在前半程可以快速达到物体附近，后半程利用图像伺服可以使机械手精确到达期望位置。     

高动态环境下的傅里叶梅林变换视觉SLAM算法

针对视觉即时定位与地图构建(SLAM)中的静态假设限制其在动态现实环境中应用的问题，提出了一种在高动态环境下基于傅里叶梅林变换的视觉SLAM算法。首先，采用傅里叶梅林算法配准以补偿相机运动，应用帧间差分算法获取运动掩膜。同时利用短时密集连接网络进行语义分割确定潜在运动物体掩膜。结合运动掩膜与物体掩膜，获得最终的物体运动区域，剔除该区域的特征点。最后，依据稳定的静态特征点跟踪优化，提升位姿精度。实验结果表明，本算法的绝对轨迹误差与相对位姿误差相比于ORB-SLAM2减少了95%以上，相比于DS-SLAM减少了30%以上，验证其在复杂动态场景下具有良好的定位精度与鲁棒性，有效降低运动模糊与光照变化对运动检测的影响，同时，克服了传统动态SLAM难以检测非先验运动对象的弊端。     

基于CarSim和Matlab的智能车辆视觉里程计仿真平台设计

基于特征的视觉里程计系统主要由特征检测与跟踪模块以及位姿计算模块两部分组成。为分析车载视觉里程计系统中引入车辆运动学约束的位姿计算算法性能,根据摄像机成像及视觉几何学原理,采用Matlab结合车辆动力学仿真软件CarSim建立车载视觉里程计仿真平台。该仿真平台由车辆运动仿真模块、成像仿真模块、数据显示与分析模块组成,仿真平台的测试对象为视觉里程计的位姿估计算法模块。该仿真平台充分考虑车载视觉定位系统的运动特性,为研究车辆运动学约束在视觉里程计系统中的应用提供新的思路和工具。对提出的一种全新的基于车辆运动学约束的位姿估计内层算法,在此仿真平台上进行性能验证。仿真结果表明,该算法在计算精度与效率上都能够满足实时车载视觉定位的要求。     

多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。