基于平行直线特征的相机标定和定向

为了解决特征点方法在纹理贫乏和同名点不足情况下无法标定和定向视觉系统的问题,本文提出了一种利用平行直线特征对视觉系统进行在线的标定和定向方法,从而为仿生视觉系统提供实时的相机参数。首先利用空间中的平行直线在像面上会成像为消失直线这一特性,对空间中具有不同直线关系的直线簇进行识别与分类,找出具有呈平行关系的直线对;然后从三个不同的方位拍摄这些平行直线特征,完成视觉系统的在线标定;最后利用两对平行直线信息完成视觉系统的定向。与点特征相比,直线特征广泛存在于人们的生活环境之中,并且对具有直线特征信息的识别和匹配更为可靠和准确。通过仿真和试验验证了该方法的可行性,为具有仿生视觉功能的服务机器人的导航和环境认知提供了标定和定向数据。     

基于LMCCD影像的相机参数在轨标定

相机参数在轨标定是无地面控制点条件下提高定位精度的关键环节,利用立体影像进行空中三角测量光束法平差,是实现相机参数在轨标定的有效途径,但要保证所建立的航线模型无因姿态变化率而造成的系统变形。本文针对"天绘一号"卫星有效载荷的特点,采用基于LMCCD影像的EFP光束法平差,按反解空中三角测量原理进行三线阵相机的重组,实现对相机参数在轨标定。利用LMCCD影像进行相机参数在轨标定后,天绘一号卫星无地面控制点条件下定位精度上下视差减小至0.6pixel。定位精度从9m提高至7.4m,其中高程精度从4.7m提高至2.7m,试验结果表明,所提方法实现了国内相机在轨标定参数。     

基于圆形标志点的全自动相机标定方法

相机标定是2D图像重建3D测度信息的关键步骤,也是一项耗时的任务,由于标定过程中经常需要人工寻找对应点.本文提出了一种基于圆形标志点的全自动相机标定方法.首先,在传统圆形标志点模板的基础上增设了5个方位圆.然后提出了新标定板下图像特征点的自动检测和匹配算法.匹配结果直接作为Zhang的算法的输入,从而计算出相机内外参数,避免了标定过程的人工干预.最终实验结果显示了所提方法在不同场景和光照条件下的自动性和正确性.     

机器人工具和相机位姿标定的新方法

传统机器人手眼(机器人手腕法兰和相机)标定精度受限于机器人运动链的准确性,而且往往很难标定工具与机器人手腕法兰之间位姿关系。提出一种基于三坐标测量仪的高精度手眼标定新方法,利用三坐标测量仪将机器人末端工具、法兰盘、相机构建成闭环系统,避开了机器人的运动链,能够同时标定相机及工具-法兰三者之间的位姿关系,具有很强的实用性。实验表明,本标定方法的位置精度可达0.3 mm以内,角度精度可达0.062°。     

红外相机光轴标定研究

随着红外技术的不断发展,红外成像定位系统在现代工程测量中的应用越来越广泛。大部分测量系统一般都会选取红外相机的光轴作为系统的参照基准,因此红外相机的光轴标定的准确性将直接决定整套测量系统的准确度等级。激光跟踪仪是空间尺寸测量的一种常用仪器,它可以建立笛卡尔三维坐标系将空间任意点以坐标点形式表示出来,通过坐标点确定系统中点、线、面之间的几何位置关系。利用三靶球位置坐标原理将红外相机的光轴等虚拟参数以空间坐标点的方式标示出来,为后续试验人员的校准定位工作提供一定的技术依据和参考。     

直线定向公差的测定

对加注符号φ的直线平行度、垂直度和倾斜度公差给出一个共同的定义,并且建立了这些直线定向公差评定的统一模型,运用最小二乘法原理导出了一个简易算式。通过对2个实测数据的处理表明,该方法有较高的计算精度,可以作为三坐标测量机上直线定向公差测定的一个实用方法。     

基于分层全域扫描的双目相机联合标定方法

近景摄影测量技术作为一种新的无接触式测量手段,在现代工业测量监测领域发挥出越来越重要的作用。文中针对传统近景摄影测量技术在港口起重机械的应用场景下,双目相机的标定实现困难、精度低且不稳定的关键问题,在一种双站式的测量系统基础上,提出了一种基于分层全域扫描原理的双目相机联合标定方法。在该方法的实现过程中,通过双目相机各个主距上的特定扫描方式,将主距不同的共线方程联立求解,搜索最佳的主距组合,实现双目相机的联合标定。实验数据表明：该标定方法的结果稳定、准确,满足工作要求,可以作为港口起重机的一种高效测量手段。     

基于线阵TDI CCD相机的辐射标定实验

光学遥感器辐射定标的任务是在遥感器的输入辐亮度和探测器数字化输出之间建立定量关系.地面上进行的定标是检验各项指标是否达到设计要求的手段,也为以后考察任务全过程内各项参量提供稳定性的初始数据.为了尽可能地获得最佳的最终图像,在地面必须进行精确的辐射标定.在中科院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室内用积分球做了辐射标定,标定了TID CCD响应的线性度、TDI CCD响应分别与增益和级数的关系以及暗电平的不均匀性、CCD响应的不均匀性,最后给出了非均匀性校正结果.     

基于圆心不对称投影修正的相机标定方法

提出了采用圆心做控制点标定相机,根据成像模型推导了计算误差所需的数学公式,并在标定过程中修正了圆心图像坐标由不对称投影引起的投影误差,以提高标定精度。首先利用直接线性模型估计投影变换矩阵,直接用其元素计算空间圆在图像平面上的投影,对圆心的图像坐标进行修正后,再次计算投影变换矩阵。该方法无需对该矩阵做分解,避免了不同坐标系的转换。模拟试验考察了投影误差与各种空间圆方位参数的关系,实际试验表明:在相机分辨率为780×582,空间圆半径为20mm时,修正误差后的标定误差为0.19437像素,优于未修正的结果,同时也表明该方法可行有效。     

基于道路特征的车载相机标定动态补偿算法

车载相机标定是基于机器视觉的车道偏离报警系统关键技术之一,通过相机透视投影原理和针孔成像模型,采用三线标定法获取相机静态外部参数.根据车辆行驶过程中颠簸振动的特点,通过数学模型分析相机标定精度的影响因素.提出一种基于道路特征的动态补偿算法,根据道路中两条车道线互相平行以及宽度不变的固有特征,对车载相机俯仰角及高度进行动态补偿.利用补偿后的俯仰角和高度值计算车辆在车道线中的横向位置及航偏角.设计一种独立于当前车载相机系统的测试平台,对该补偿算法进行动态测试.仿真和实车试验结果表明,该补偿算法可以明显减小因车辆颠簸而造成的标定误差,从而有效减少车辆横向位置和航偏角的测量误差.     

基于凸松弛优化算法的相机内外参数标定

相机内外参数标定的准确性直接影响后期三维重建与真实被测物之间的相似性和三维点云的精度。针对该情况,提出了一种基于凸松弛多项式优化方法来对相机进行标定。该方法通过对优化问题中的高阶单项式进行线性化处理并添加相应的半正定矩阵约束,从而将原非凸优化问题转换为可以快速并准确求解的半正定规划问题,通过求解一次或多次的半正定规化问题来逼近或求解出原优化问题的全局最优解。实验数据证明了该方法的可行性与精确性。对于其他多视角几何中的多项式优化问题,该方法同样存在着良好的通用性与适应性。     

基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定

针对机器人视觉系统外参数标定的问题,提出了基于单目视觉ORB-SLAM的差分GPS辅助相机外参数标定方法。分析了单目视觉ORB-SLAM和GPS(Global Position System)定位数据之间的相似关系,建立了相机外参数标定的非线性最小二乘模型。基于随机采样一致性(RANSAC),通过三点法求得模型的初始解。设计了Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法求解出最优解,从而得到了最优的相机相对位置和姿态参数。最后,对提出的方法进行仿真和跑车试验验证。结果表明:在试验半径为50m时,所设计标定方法的姿态标定精度可达0.1°,位置标定精度可达0.2%。该方法标定过程简单实用,不需要外界环境的先验信息和人工干预,具有很高的精度和显著的应用价值。     

智能汽车激光雷达和相机数据融合系统标定

智能汽车采用激光雷达和相机的数据融合实现对环境的感知,针对数据融合中不同传感器坐标系的联合标定问题提出了特征点法和棋盘格法两种标定方法。特征点法采用专门设计的标定模板,提取若干对激光雷达和图像对应点,建立约束方程组,采用最小二乘法求解结果。棋盘格法采用张正友标定法获取相机的内部参数,利用棋盘格平面在两个坐标系的一致性,建立约束方程组,采用线性方法求解两个坐标系的外部参数初始解,再用非线性优化方法进一步优化。利用两种方法得到的标定结果将激光雷达点投影到图像上并比较其对准精度。实验表明,两种方法都可以获取各传感器坐标系之间的位置关系,其投影对准误差分别为特征点法3.03像素和棋盘格法2.33像素。     

基于2D模板与3D包围式标定块的鱼眼相机标定

对于视野范围超过半球的鱼眼相机,用于标定的2D平面模板通常不能覆盖整个鱼眼图像.直观上,一个3D包围式模板在鱼眼图像上能覆盖整个视野,因而在标定鱼眼相机时,能够比应用2D平面模板的标定获得更准确的相机参数.然而,到目前为止还没有这方面的报告.本文在给出3D包围式模板的鱼眼相机标定方法的基础上,对本文方法和2D平面模板鱼眼相机标定方法进行了比较,分别应用两种标定方法估计了鱼眼镜头的径向变形参数,主点的标准差以及特征点的反投影误差.模拟实验及真实图像实验结果表明本文的方法能获得较高的校正精度.     

一种结合 TCP 标定的深度相机手眼标定方法

手眼标定是机器人实现视觉引导下精准作业中的关键技术。传统手眼标定和机器人工具中心点(TCP)标定分开进行,存在较大累积误差,同时针对深度相机的手眼标定存在精度不足的缺点。本文提出了一种结合TCP标定过程同步标定深度相机手眼关系的新方法。方法基于深度相机观测和TCP标定相同的标定平面,相机坐标系下标定平面方程和机械臂坐标系下标定平面方程为对应关系,通过平面方程之间的变换来计算手眼关系。本文方法减少了TCP和手眼关系独立标定累积误差影响,节约标定时间和标定件成本。仿真和实测结果表明,本文方法提高了深度相机手眼标定精度,标定后实测位置误差平均为0.2 mm,为机器人视觉控制系统高精度作业所需标定提供了一种新的思路。     

空间相机直线调焦机构的设计

针对空间相机在使用时受空间环境中重力、温度及压力等因素的影响,引起各光学镜面位置相对变化,从而导致像平面与焦平面不重合的问题,在分析空间相机的3种调焦方式及调焦机构设计基本原则的基础上,针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构.利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移.该机构具有低摩擦、传动简单等优点,可有效地减少过多的传动环节所带来的传动误差.采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,并讨论了误差产生的原因.实验数据的统计分析及残差分析表明,直线调焦机构的开环调焦精度为0.002 5 mm,闭环调焦的精度可达到0.001 5 mm,满足0.01 mm使用要求.     

一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法

近年来,随着工业机器人技术的不断完善,利用相机与激光测距仪结合测量的应用不断增多。为了使两者之间配合的更加便利,两者之间的标定是必不可少的。本文提出了一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法,以双目相机光心为原点,建立相机坐标系。将单点激光测距仪光点打到标定板上,并在标定板上形成光斑,通过灰度重心法提取光斑中心像素点,利用双目相机的内参矩阵及深度数据获取光斑点的三维坐标值。然后利用两个三维坐标点建立公式求取外参参数的粗略解,同时通过相机坐标系下多个光斑点的三维坐标建立约束方程,并利用优化算法对约束方程进行优化,得到精确的外参参数值。该方法做法简单,且对标定器件无特殊要求,通过该方法得到的外参参数精度高,鲁棒性好。实测结果表明,通过该算法得到的外参参数进行重投影后,平均相对误差小于0.30%,能够应用于实际生产过程中。