透视投影变换矩阵及其方程

用画法几何的投影理论分析推导出透视投影的变换矩阵及坐标方程，使各参数的几何意义一目了然。通过对视点、视距的分析，使透视图的大小与效果之间的关系清晰明了，易于控制和调整。     

数码相机内部参数标定

研究了基于2D平面靶标的数码相机标定,利用数码相机拍摄靶标图片,通过直线拟合和RQ分解将得到的景点坐标代入三维坐标模型方程求解数码相机参数模型,其中相机内部参数包括有效焦距、光学中心、径向畸变和切向畸变。采取二次拟合方法可进一步提高内部参数计算的精度,用于数码相机拍摄图像的外部参数进行计算。     

从透视投影图象到立体结构的逆变换

本文基于“射线比”的概念,提出了一种从物体的一幅透视投影图象(如照片)到其立体结构的逆变换原理及方法,并给出了简单而有效的公式,以及点的逆变换算法.本文还给出了当透视投影图象的主灭点为未知时,根据长方体的透视投影,计算其主灭点的坐标及透视变换参数r的计算公式.     

球面立体视觉系统参数标定与极线校正方法研究

针对基于双鱼眼镜头组成的球面立体视觉系统研究内外部参数标定及极线校正方法。建立系统几何模型,得到所需标定的一系列内、外部参数;构建球面立体视觉通用数学模型,研究该模型下的参数标定方法;讨论球面立体视觉极线几何原理,利用内、外参数标定结果实施球面立体视觉极线校正。实验证明,提出的标定方法可准确地获取球面立体视觉系统的内、外参数,实施极线校正后的鱼眼图像也取得了理想的结果。球面立体视觉比起传统的透视投影立体视觉可获得更广的三维视场范围。     

基于最优投影圆锥底面的罐口位姿测量方法

为了引导并联机器人装料过程中的自动对位,提出一种高精度的罐口位姿双目测量方法。通过图像预处理提取罐口图像上下边缘亚像素点,建立空间圆双目投影椭圆锥模型,在世界坐标系下构建椭圆锥底面,通过成像椭圆轮廓像素信息与椭圆锥底面之间的映射关系,寻找最优圆锥底面所在坐标系得到目标姿态,利用姿态修正计算对应真实圆心像素所在位置,用双目三角测量法得到世界坐标系下的圆心三维坐标。针对空间圆投影二义性问题,提出利用罐口沿口消除二义性。经仿真和实验验证,算法精度高且能满足大角度姿态测量,实验测量姿态的最大误差为1.8°,真实圆心像素提取最大误差为0.98 pixels。方法无需任何辅助测量和约束条件,有效提高了装料过程中的自动化效率。     

基于轮廓的圆形仪表自动透视校正

针对利用机器视觉对圆形仪表进行读数识别的过程中,由于镜头平面与仪表平面不一定平行导致采集图像发生几何畸变的问题,提出一种基于轮廓的圆形仪表自动透视校正算法。该算法分为校正矩阵估计与图像校正两个部分,首先通过圆形仪表的轮廓来计算校正矩阵,再利用双线性插值校正畸变图像,该算法只需要获得圆形仪表轮廓的坐标集合就可以校正畸变图像。仿真实验结果表明,基于轮廓的校正算法与传统四点投影变换算法相比,校正精确度提高了2%～6%,同时实际仪表校正实验也表明轮廓校正算法有着更高的精确度以及稳定性,对圆形仪表的自动读数的预处理有实际应用价值。     

采用射影几何的圆阵靶标中心像点快速提取

圆阵靶标广泛应用于三维测量和相机标定。在相机的透视投影作用下,靶标上圆形标记点退化成椭圆。然而,椭圆的几何中心并非圆形标记点在像面上的圆心投影。为此,本文利用射影变换下共点、共线等几何不变性质,提出了一种基于射影几何的圆阵靶标中心像点快速提取算法。首先,经过边缘检测、形状滤波及亚像素边缘提取,拟合椭圆得到一般方程;其次,通过射影变换矩阵计算靶标坐标轴方向上的两个消隐点坐标;最后,利用透视不变性原理将消隐点与椭圆一般方程联立解出椭圆的两组公切点坐标,两组切点连线的交点即为圆形标记点在像面上的圆心投影。实验结果表明：与传统搜索公切点方法相比,本文提取中心像点的重建平均距离降低了32.34%,实现了圆形标记点的精确定位,并大幅简化求解过程,具有较强的实用性。[基金项目 国家自然科学基金（62173127,61973104,61803146）、中原科技创新领军人才资助项目（224200510008）、河南省优秀青年科学基金（212300410036）、河南省高校科技创新人才支持计划（21HASTIT029）、河南省高等学校青年骨干教师培养计划（2019GGJS089）、河南省科技攻关项目（212102210169,212102210086）、郑州市协同创新专项（21ZZXTCX06）、河南工业大学自科创新基金支持计划（2020ZKCJ06）、河南工业大学青年骨干教师培育计划（21420080）、粮食信息处理与控制教育部重点实验室开放基金（KFJJ2020107,KFJJ2020111,KFJJ2020114）。]     

微型零件中圆孔的高精度定位方法

根据微型零件中圆孔的成像特点,为了实现其高精度定位,提出了基于双三次样条插值的圆孔定位方法.首先使用Canny算子得到被测圆孔图像的单像素边缘,然后在此基础上利用双三次样条函数在边缘法线方向上对图像进行插值,对插值的结果进行差分,从而得到边缘的亚像素位置,再通过椭圆最小二乘拟合计算出亚像素精度的圆心坐标,精度优于0.025个像素.实验结果证明,此方法可以有效的提高圆孔的定位精度.     

基于机器视觉的钢轨圆孔动态测量方法

为动态检测铁轨上圆孔两侧尺寸是否合格,提出了一种基于机器视觉的圆孔动态测量方法。首先,通过工业相机动态采集圆孔图像并对图像预处理,其中,图像中外圆和内圆的半径分别对应圆孔两侧尺寸。其次,利用边缘检测和梯度法获取外圆的圆心与半径,在边缘检测时,采用记忆化搜索降低无关边缘的影响。然后在极坐标系下搜索外圆区域获取内圆轮廓点,并对其迭代拟合,最终得到内圆尺寸,实现了圆孔两侧尺寸的动态测量。经实验测试表明,这种方法测量精度高,光照度为2000 lx时,圆孔两侧尺寸测量误差均小于1个像素。     

隔离开关图像数据扩充方法及其在自动状态识别中的应用

针对隔离开关分合状态自动识别算法效果受到巡检图像训练样本限制的问题,提出了一种结合三维空间信息的隔离开关图像数据扩充方法。首先,通过隔离开关的二维图像,结合关于隔离开关三维形状的先验知识,求解隔离开关各关键点的三维坐标;然后,在三维空间中对隔离开关进行多次旋转变换,以模拟拍摄角度发生变化的情况;最后,通过透视投影变换将三维空间的隔离开关重新投影到二维平面,生成新的隔离开关图像数据,实现训练样本的扩充。算例结果表明,相比于平移、放缩、旋转、改变长宽比、改变亮度等传统图像数据扩充方法,所提出的隔离开关图像数据扩充方法对于隔离开关位置和分合状态识别效果有更显著的提升。     

基于虚拟相量直线的戴维南等值参数计算方法

由于传统戴维南等值参数求取方法存在参数漂移等缺点,提出一种基于虚拟相量直线的戴维南等值参数识别方法。提出虚拟相量直线的概念,利用直线相交原理得出小扰动下电力系统的戴维南等值参数。为克服参数漂移和提高算法的收敛速度,利用阻抗轨迹圆法进行数据筛选。典型3机9节点系统的仿真结果表明,所提方法可以有效、准确地跟踪戴维南等值参数。     

多视场空间相机成像轨迹计算与应用

多视场空间相机包含多个独立的光学成像系统,为保证在轨连续成像时各视场成像条带满足重叠要求,需要精确的计算相机视场边缘对应的地面轨迹。首先根据空间相机为中心投影成像的特点,以坐标系变换结合共线方程推导像点与地面轨迹点的严格数学关系,接着以某单星双视场相机为例计算在不同纬度和姿态下的成像条带,以条带重叠作为约束,遍历计算安装方位角为-0.28°时,可以保证卫星±40°侧摆范围内成像时,两个视场的条带图像满足重叠要求。该方法同样可应用于其他类型空间相机在任何姿态下的地面轨迹计算。     

基于柱状空间和支持向量机的无人机巡线避障方法

针对电力无人机巡线的避障问题,提出了基于柱状空间法和支持向量机的电力无人机巡线避障方法。首先,根据飞行区域内的障碍物,建立了柱状空间模型;引入支持向量机,从一个全新的角度实现无人机对环境的避障;最后将方法应用于无人机中,并进行了相关的仿真验证。仿真结果表明,所提出的方法可以确保电力无人机巡线时安全可靠地避障。     

旋转扫描结构光的三维检测系统及其标定

针对传统平移扫描检测系统的缺陷,提出了一种基于旋转扫描线结构光的三维检测与重构系统及对应的系统参数标定方法,建立了点云数据获取模型。被测物体通过旋转实现与线结构光间的相对运动,得到被测物体的外表面二维图像。系统标定获得图像坐标与世界坐标间的转换关系,得到被测物体的三维坐标信息及数字模型。由实验可知,相机的标定精度为0.2 mm,原理样机进行物体测量的精度为0.1 mm。实验证明该系统检测精度高,具有可行性。     

改进Canny算子下的工件尺寸测量

针对人工用游标卡尺测量手工捏花尺寸效率低下的问题,提出一种改进的自适应Canny算子测量手工捏花尺寸的方法。首先,引入均值漂移法分割图像,图像颜色变得渐变、细纹纹理平缓;其次,用大致轮廓的平均像素值选择性的替代边缘检测的高阈值,以达到较好的自适应提取边缘的目的;再次,scharr算子代替sobel算子,增强了弱边缘的提取能力;最后,去掉小型连通域并且用主成分分析方法(PCA)获取轮廓的主方向,求取主方向直线方程,通过轮廓点在该直线上的最大投影距离获得捏花的长度,轮廓点在该直线的垂直方向上的最大投影距离获得捏花的宽度。实验表明,在对不规则物体的识别率上,本文方法比其他方法有着显著的提升,准确率达到97%,与真实值误差2 mm左右,并且通过强光、弱光、侧面光实验对比分析,该方法受光照影响较小,满足工业自动化需求。     

应用背景纹影技术的温度场测量

为了重建温度场,通过试验获得存在温度场梯度分布的背景斑点图像和不存在温度场梯度分布的背景斑点图像,然后使用粒子图像处理软件对2幅图像进行互相关分析,求取背景粒子偏移量,即获得光线通过温度场以后在相机上的投影偏折角。将获取的任意切面偏折角数据进行迭代重建,求取这一切面的折射率分布,最后根据盖斯公式和气体状态方程进行求解,获得任意切面的温度场分布,将重建结果和谱线反转法测定的温度场进行比较,温度场分布符合实际情况。试验条件较为简单,迭代重建算法也极为成熟,具有广泛应用前景。     

Theory of constructing closed parametric curves based on manifolds

A parametric curve based on a manifold is designed for constructing an accurate closed curve. A circle was defined as the parametric space and a non-uniform B-splines defined on the unit circle were used as base functions. A method to construct knot vectors, control points and corresponding parameters were proposed. A method to determine the coordinates for any point on a curve was also proposed. Some non-uniform rational B-splines (NURBS) control techniques, such as curves with an embedded line, a sharp angle, and so on, were used to verify the proposed method’s compatibility with NURBS. Some examples were used to compare the arithmetic with that of NURBS. The results show that the method is not only simple, feasible and reliable but also compatible with a CAD system using NURBS. __________ Translated from Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2006, 40(1): 45–48 (in Chinese)     

基于视觉映射的三维相机信息可视化改善方法

针对TOF相机三维信息可视化中的突变、拉伸、毛刺等的问题,提出了一种基于仿人视觉映射的TOF相机三维数据信息可视化效果改善处理方法.方法首先研究分析了TOF三维相机和人类视觉系统感知原理,探寻突变、拉伸和毛刺现象的原因.在此基础上,提出了将TOF三维信息的锥形区域显示映射为人类视觉系统平行光模式的视觉映射模型,通过该映射处理达到逼近人类视觉的效果.该算法对多个不同场景进行了实验验证分析,结果表明该方法有效解决了三维显示中的变形和异常问题,有效改善了三维视觉可视化效果,并保持了三维目标的良好空间连续性.     

分布式参数输电线路电磁暂态分析新方法

根据函数逼近原理,输电线路的电报方程可以整理为一组正交基的线性组合。文章采用Daubechies正交基,经过投影变换,映像到与依赖于时间变量的和建立在确定架构的函数空间,与输电线路的电压和电流相关的微分方程被转换为代数矢量方程。从而,建立起每一单元的投影等效模型,然后可以在投映域中对输电系统的暂态进行计算。利用EMTP仿真验证了所建议的方法。