虚拟多结构光自由飞行昆虫运动参数测量系统

在分析结构光视觉测量原理和虚拟摄像机原理的基础上,针对高扇翅频昆虫的运动遮挡和激光投射器的投射盲区,提出了基于单摄像机和双激光投射器的虚拟多结构光视觉传感器测量系统;针对昆虫特性和虚拟多结构光传感器有效视场范围小的特点,设计了昆虫自由飞行引导和触发装置,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量,并对实际昆虫运动参数测量结果进行了分析。实验结果表明,该系统不仅降低了系统成本,而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性。     

基于激光双目视觉系统的直径测量

为实现对大型圆柱体直径参数的测量,利用计算机视觉结构光测量原理,使用激光源、摄像机、运动导轨、计算机和标定块组成激光双目视觉测量系统,标定块用于标定摄像机的投影矩阵和激光平面方程,根据摄像机摄取的激光曲线图像,将该曲线从空间坐标系变换到激光平面坐标系,从而求解出圆柱体截面边界线的空间曲线方程,获取圆柱体在该截面处的直径参数.该系统可对长达8 m、直径在300 mm左右的圆柱体实现逐点直径自动测量,测量速度快、精度高.     

激光再制造机器人待加工零件形貌三维重建

采用双目摄像机结合结构光组成主动视觉测量系统,并与机器人耦合,构建了一种具有视觉功能的智能激光加工机器人,能够感知各种复杂曲面轮廓,重建三维形貌。系统由六自由度机器人、双目摄像机和结构光发射器组成。机器人带动双目摄像机和结构光发射器运动,既实现多视角测量,消除测量中的"死角",重建工件的完整三维形貌,又将测量到的点云数据转换到机器人坐标系。阐述了测量原理和数学模型,进行了单摄像机内外参数的标定,双目摄像机相对关系的标定,双目摄像机与机器人之间的手眼关系标定,得到摄像机内参数矩阵,手眼关系矩阵,机器人与世界坐标系关系矩阵。对双目图像进行大步距图像分割,提取目标区域,平滑降低图像噪声,重心法提取亚像素级结构光条纹中心,根据极线约束进行左右条纹配准,三维算法得到空间点坐标,可方便地转换到世界坐标系,实现全局坐标的统一。     

结构光内参数和机器人手眼关系的同时标定

为实现对复杂工件的快速在线测量,构建了基于结构光的机器人视觉测量系统,提出一种该系统中结构光测头内参数和手眼关系同时标定的方法。标定时,在机器人工作空间内固定一个平面靶标作为参考物,精确控制机器人末端带动结构光测头做平移运动和变位姿运动,获取不同位姿下的靶标图像。通过平移运动,同时标定结构光测头内参数和手眼关系中的旋转矩阵;通过变位姿运动,同时标定摄像机内参数和手眼关系中的平移向量。考虑到旋转矩阵和平移向量分离标定会存在误差累积,采用非线性优化方法对手眼关系做进一步优化。对标准球及工件进行扫描测量实验,实验结果表明该标定方法简单高效,能保证测量系统具有较高的测量精度,适用于工业现场。     

双传感器激光视觉测量系统的校准

构建了由2个结构光传感器组成的激光视觉三维测量系统,建立了测量系统的数学模型.提出了一种基于未知运动的平面靶标获得测量系统全部参数的现场校准方法.实验表明,传感器校准后的三维坐标精度为0.011、0.008和0.115 mm,所提出的校准方法无需依赖专门的三维测量设备,操作简单,促进了双传感器激光视觉测量系统的工程化三维测量应用.     

管道内表面圆结构光视觉三维测量系统

为保证管道运输安全,需要对管道进行定期维护和检测。采用视觉检测原理,提出了一种基于圆结构光三维视觉检测的管道内表面测量系统。针对管道内表面测量空间受限的约束,基于圆结构光视觉检测原理,提出了视觉传感器的纵向排列结构模式,并搭建了管道内表面圆结构光视觉检测系统。针对圆结构光特点,设计了圆环形平面标定靶标,实现了圆结构光检测系统的标定,并基于该圆结构光视觉检测系统对工业管道内表面进行了三维测量。实验结果表明:该系统的标定不确定度为0.081 mm,针对管道内表面,具有较高的测量精度。     

基于虚拟双目的条纹结构光三维重建

为解决传统双目条纹结构光三维重建存在的同步性和成本高等问题,提出了基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法。采用单相机和两块双棱镜及投影仪设计了具有双目视觉功能的虚拟双目条纹结构光三维重建系统。通过双棱镜折射和分光改变被测对象表面反射光的路径,使用一个相机同时完成多视角的图像采集。通过多频外差法和立体匹配、双目标定得到被测对象的深度信息并重建点云。实验表明,文中提出的方法和真实双目结构光方法测量标准球的均方根误差分别为0.037 9 mm和0.030 5 mm。文中提出的方法可促进双目条纹结构光技术在快速、低成本、小型化等方面发展,同时该方法可推广到彩色相机条纹结构光三维重建及投影散斑结构光三维重建。     

基于AprilTag二维码的无人机着陆引导方法

计算机视觉导航技术具有精度高、不受电子干扰,成本低等特点,被誉为未来无人机自主定位的必备手段之一.作为新的定位手段,我们需要在实验室搭建仿真平台来进行大量的模拟训练.将虚拟现实、可视化技术与计算视觉导航算法紧密结合起来,开发了一种基于虚拟仿真环境的无人机视觉自主定位仿真验证系统.在场景中构建虚拟摄像机、棋盘格以及合作二维码标签,在虚拟场景中进行相机标定,并用标定得到的内参解算得到基于标签定位的位置参数,实时计算和输出位置参数.实验结果表明:该仿真系统可以对场景中虚拟相机进行准确标定得到虚拟摄像机的内参,解算定位参数误差在0.2m以内,满足无人机自主飞行以及降落的精度要求,并具备良好的用户显控界面,验证了基于视觉无人机自主定位算法的可行性.     

气液两相流三维测量中虚拟立体视觉传感器的优化设计与实验

针对高速动态的气液两相流动对象,基于双目体视原理,采用单台高速摄像机和反射镜组,对虚拟立体视觉传感器进行了优化设计;对气泡发生装置中竖直向上的气泡特征参数进行三维测量。建立虚拟立体视觉传感器三维测量模型,综合考虑实际视场、传感器结构和测量误差等因素,通过结构参数对3方面性能影响的仿真分析,最终确定传感器的结构参数。实验结果表明,传感器测量空间距离误差优于0.14 mm,相对误差优于0.49%,适于气液两相流动态测量,可以实现气泡运动的三维重建。     

光流技术在微结构平面微运动测量中的应用

在经典的Horn-Schunck光流算法的基础上,根据微机电系统(MEMS)微结构的运动特性,引入标号场,提出基于标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计.利用光学测量方法,开发了测试系统,能使微结构的运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;基于频闪成像原理来冻结微结构的高速运动状态,获取一系列动态图像序列;基于提出的标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计,获取其重要动态特性参数.该方法具有非接触、高测量精度的特点.实验结果表明,该方法的测量重复性达40nm.     

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

提出一种新型脉冲激光测距方法——自触发脉冲飞行时间激光测距方法。运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用于描述该方法的基本方程。其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度。设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了测量精度,并且结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能便携式的激光测距仪。     

基于光学三角形法的太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统及其误差补偿方法。提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术 ,解决了在非精密基准上实现精密测量的问题 ,研制的系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量。测量结果表明 ,系统对面积为 2 5 81mm× 175 5mm太阳帆板的平面度测量精度达 0 .0 2mm(rms)。     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

基于谱域光学相干反射测量术的生物组织折射率测量技术

提出了基于谱域光学相干反射法的生物组织折射率测量技术,设计了共光路干涉结构,提高了测量速度,抗干扰能力强。中心波长为850nm的宽带光源发射的光经Y型耦合器传输到样品端,由样品散(反)射后,回射入样品臂,经Y型耦合器传输到光谱分析系统,使用计算机虚拟仪器完成系统构建与优化。编写快速傅里叶变换程序进行信号分析。使用标准K9玻璃样片作为样品进行验证,实验误差为0.29%。实际测量了黄瓜浅表切片在850nm波长处的折射率,测量时间小于1min。     

基于机器视觉的多圆弧对称零件测量方法研究

在实际工业生产中,对具有多圆弧对称特性零件的尺寸测量需求越来越多。而传统接触式测量方法大多存在测量精度不稳定、容易损伤零件和效率低等缺点。因此,本文基于机器视觉的非接触式测量原理,首先搭建一套双远心机器视觉测量系统,采集有效的零件图像。然后,利用亚像素边缘检测算法提取图像的亚像素边缘,并结合最小二乘法及多圆弧拟合内切圆的自定义Halcon算子,最终实现多圆弧对称零件的精密测量。为了验证所设计系统的有效性,本文对某球笼联轴器内套进行了稳定性和重复性测量实验。实验结果表明:该系统测量精度可达到001mm,且测量过程快速、稳定。     

微型仿生扑翼飞行器机载单目视觉系统的设计

近年来仿生扑翼飞行器利用视觉系统自主飞行成为一个具有广泛前景的研究方向,然而,其有限的带载能力对视觉传感器的类型、尺寸和重量提出了严格要求。目前商用图像处理模块的尺寸和重量较大,且需要回传图像信息至地面控制系统处理,文章旨在设计一款轻量化机载单目视觉系统,帮助微型仿生扑翼飞行器获取外界信息并实现智能自主的飞行。相比于其他图像处理模块,此系统以国产高算力芯片K210为核心进行设计,可脱离电脑端完成图像处理,尺寸仅为2.2 cm×2.3 cm,重量仅为3 g,内部兼容轻量化网络模型实现分类识别,通过串口进行信息交互,控制扑翼飞行器实现手势识别和目标追踪。     

面向VR应用的花卉植物物理渲染技术研究与实现

花卉植物高真实感的仿真交互是目前虚拟植物可视化研究的一个重要方向。随着虚拟现实技术的普及,越来越多的应用采用了VR头戴设备的呈现方式。VR系统需要高度真实的沉浸感画面,通用的植物建模和图形引擎渲染功能已不能满足该需求。该文通过分析光照原理并融合基于物理的渲染技术,提出基于双向散射分布函数BSDF的花卉植物高度真实感的物理渲染算法,利用ShaderLab,对几种盆栽花卉植物在光照下进行仿真,并对融合算法做优化处理。针对VR头盔设备HTC Vive的成像效果,对图像进行扭曲变形优化,使画面更符合人眼双目立体视觉成像效果,增强系统沉浸感。最后基于该方法设计并实现了一个头盔式VR花卉植物仿真模拟系统,获得了逼真的场景漫游体验效果。