眼科手术机器人双目视觉标定方法研究

双目视觉系统通过相机模拟人眼,基于视差原理,从不同角度采集被测物体的两幅图像获取其二维信息,建立特征点的对应关系,计算出位置偏差,从而实现三维重建。眼科手术机器人双目视觉系统选用的标定方法是以张正友摄像机标定方法为基础,利用Harris角点检测方法实现亚像素点的精确化,对采集图像进行畸变矫正。将得出的标定结果与常用传统标定方法MATLAB相机标定工具箱Toolbox_calib的标定结果进行比较,分析像素误差。结果表明:使用新算法标定后的结果更加稳定,像素误差更小,精度更高,适用情况更加广泛,可用于眼科手术机器人的双目视觉标定系统中。     

镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构设计

针对传统双目视觉传感器体积大、测量效率低、成本高和图像采集需同步等缺点,建立镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构模型,提出一种镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构优化设计方法。传感器由单摄像机和两块呈一定角度的平面镜构成的镜像光学系统组成,摄像机置于镜像光学系统前,拍摄获得平面镜中对应同一被测物体的两个虚拟物体的一幅图像,图像中左右两半部分的同名特征对应被测物体的同一空间目标,等效于传统双目视觉传感器中左右摄像机分别采集的两幅图像中的同名特征。详细分析平面镜的尺寸、两块平面镜之间的夹角、平面镜与摄像机的距离等结构参数对视场范围和测量精度误差分布的影响,由仿真结果得出结构参数的合理取值范围,给出镜像式单摄像机双目视觉传感器结构参数的一般性设计原则与方法步骤。根据视场范围和测量精度的要求,确定镜像式单摄像机双目视觉传感器的关键结构参数。试验结果表明,提出的结构优化设计方法对工程应用具有实际指导意义。     

基于未知运动一维靶标的双目视觉传感器标定

分析了双目视觉传感器的测量数学模型,提出了一种基于自由移动的一维靶标的双目视觉传感器标定方法。当传感器安装完成后,由两个摄像机拍摄自由移动的一维靶标多幅图像,利用靶标上特征点的图像坐标和两个特征点之间的距离约束,采用非线性优化技术估计双目视觉传感器的结构参数。该方法操作简单,不需要给定传感器的初始参数,标定状态与测量状态完全相同,减小了传感器安装对标定参数的影响。试验结果表明,该标定方法切实可行,在200mm×200 mm测量范围内,可以达到0．03 mm的测量精度。     

基于双目视觉的接触线几何参数测量方法

将双目视觉原理应用于高速铁路接触线的几何参数测量。采用2个数字相机同时采集接触线的2幅图像,通过对图像进行平滑去噪、二值化和边缘识别,确定接触线在2个相机中的成像位置,进而计算出接触线的高度和拉出值。通过实验验证了该方法在测量速度、测量精度和实现动态测量等方面的优点,对基于双目视觉的接触线检测仪器开发有实用价值。     

带激光源的双目立体视觉机构设计

提出了基于激光标记的双目立体视觉测量的原理,通过激光标记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,从而方便地求取目标物体的深度信息。基于这种原理设计了一种四自由度的视觉机构,分别模拟人的脖子和眼睛的运动,保证摄像机完成对目标物体的捕捉。     

基于双目视觉的工件空间定位方法研究

本文基于双目视觉原理,设计实现了一种对特定工件空间定位方法。首先对双目视觉系统进行标定,根据标定结果进行图像矫正,使用基于区域的立体匹配算法求取视差图,结合特征点对应视差值和标定结果对图像进行三维重构,获得工件表面的高度位置信息;根据工件特征,通过拟合获得的工件一组同轴圆的圆心三维坐标,确定工件在摄像机坐标系下的位置和姿态,实现工件的空间定位。     

硅棒特征点三维坐标视觉检测技术研究

针对人工接触式硅棒参数检测中存在的耗时、低效、误检等问题,提出一种采用四CCD机器视觉系统作为硅棒参数实时检测的非接触式测量方案。系统基于多目视觉检测原理,以四CCD多目视觉检系统作为机器视觉检测前端数据采集模块,拍摄待测硅棒表面轮廓图像信息。相邻两CCD构成正交双目交汇数据采集子模块,子模块基于正交双目交汇测量原理实时采集两路含有目标空间信息的数字图像数据并保存到上位机。上位机图像处理系统读取采集图像,完成多目相机标定,特征点提取、同名点匹配以及视差计算后提取出目标特征点三维坐标。该检测技术有效避免了人工主观因素造成的漏检、错检,满足实时在线检测要求,实现了硅棒特征点空间三维坐标高精度检测的目的。     

利用VFW获取不同方位2幅图像的问题研究

结合双目视觉原理对空间目标点位置进行重构的应用，针对其实现中的一个重要环节——获取不同方位的2幅图像，讨论了在Windows环境下利用Video for Windows库函数在C Builder中实现实时视频采集的关键技术，阐述了视频捕获的编程过程，给出了相应的编程示例，并给出了图像捕获过程中常见的问题及解决方法。     

体视显微镜视频的快速校正算法

立体校正是双目视觉系统中必不可少的环节,这一环节包括了对特征点的提取和图像的校正。提出了一种针对十字标尺的校正方法,对于给定一幅图像中的一点,寻找另一幅图像中的对应点,这两点为空间同一场景坐标的投影;考虑了由于校正板直线不光滑而导致的特征点错误提取的问题,首先找到十字线上四个点,再间接找到实验需要的特征点。实验结果表明,该算法需要的参数数量少,实现速度快,最终实现的误匹配率低。适用于利用十字标尺求取参数的立体校正。     

基于双重配准的机器人双目视觉三维拼接方法研究

针对机器人图像视觉视野不够开阔,不能获得全面障碍物信息的问题,提出了一种基于轮廓识别的三维重建与可变视觉三维拼接方法。对双目立体视觉系统拍摄的两幅图像中提取出的边缘点进行了边界跟踪,然后基于窗口灰度匹配法,对两幅图像上的像素点进行了匹配,来寻找双目立体视觉系统左右两幅图像中对应的像素点,重建出了障碍物的三维轮廓,并根据目标物体轮廓的连续性对三维轮廓进行了优化;在此基础上提出了基于双重配准算法的可变视角三维拼接方法,采用改进ICP算法对转换到同一坐标系下的两片三维点云进行了精确配准,并对拼接处进行了融合处理,从而得到了大视野的障碍物信息。研究结果表明:通过可变视角三维拼接方法重建的三维模型具有较高空间坐标精度,并且能够通过改变双目立体视角范围获取大视野图像,最大限度地满足机器人障碍物检测和路径规划的要求。     

应用摄像机位姿估计的点云初始配准

基于摄像机位姿估计的数学模型,提出了一种检测摄像机位移前后目标图像特征点的方法,通过求解摄像机发生位移前后的相对位姿矩阵来解决应用视觉图像获得点云的初始配准问题。首先,介绍了摄像机位姿估计模型,包括本质矩阵、旋转矩阵以及平移矩阵;然后,介绍了SURF算子的特征点检测、描述和匹配的方法,在此基础上面向双目视觉和单目结构光系统,分别提出了摄像机位移前后目标图像SURF特征点匹配和深度估计模型;最后,分别进行双目视觉和单目结构光系统点云的获取、位移前后目标图像特征点检测匹配和深度估计实验,应用摄像机位姿估计模型求解旋转矩阵和位移矩阵,并对位移矩阵进行统计分析剔除粗差。实验中采用基于点云空间特征点和基于图像的方法进行对比,点云对应特征点均方误差缩小至12.46mm。实验结果验证了方法的可行性,表明本文的点云初始配准方法能较好地获得点云精确配准初值。     

平面并联微动平台位姿检测系统的研究

针对微动并联机器人工作空间小、位姿测量时安装传感器比较困难的情况,提出了一种基于双目视觉原理的检测方法。根据图像坐标和世界坐标的对应关系,从两幅对应图像中抽取必要的特征点的信息,建立了基于特征点匹配的三自由度微动平台的位姿测量模型。这种求解位姿的方法,信息量少,运算量小,处理速度快,所需时间短,尤其适于动态测量。测量系统由两台较高分辨率的摄像机、高速数据采集卡、工业PC机以及相关软件组成。分析了测量中相关的误差,并提出了相应措施。在整个测量方案中,所用技术比较成熟,各种设备造价适中,有利于在工业现场实现和推广。     

Three-Dimensional Reconstruction of Welding Pool Surface by Binocular Vision

Current research of binocular vision systems mainly need to resolve the camera's intrinsic parameters before the reconstruction of three-dimensional(3D)objects.The classical Zhang'calibration is hardly to calculate all errors caused by perspective distortion and lens distortion.Also,the image-matching algorithm of the binocular vision system still needs to be improved to accelerate the reconstruction speed of welding pool surfaces.In this paper,a preset coordinate system was utilized for camera calibration instead of Zhang'calibration.The binocular vision system was modified to capture images of welding pool surfaces by suppressing the strong arc interference during gas metal arc welding.Combining and improving the algorithms of speeded up robust features,binary robust invariant scalable keypoints,and KAZE,the feature information of points(i.e.,RGB values,pixel coordinates)was extracted as the feature vector of the welding pool surface.Based on the characteristics of the welding images,a mismatch-elimination algorithm was developed to increase the accuracy of image-matching algorithms.The world coordinates of match-ing feature points were calculated to reconstruct the 3D shape of the welding pool surface.The effectiveness and accuracy of the reconstruction of welding pool surfaces were verified by experimental results.This research proposes the development of binocular vision algorithms that can reconstruct the surface of welding pools accurately to realize intelligent welding control systems in the future.     

一种基于椭圆特征确定空间平面位姿的方法

利用圆柱激光照射在空间平面上呈椭圆状特性,证明了此椭圆状光斑在左右摄像机CCD成像平面上所形成的图像也是椭圆。由最小二乘椭圆拟合法得到椭圆光斑的5个独立参数,并建立空间平面与椭圆参数之间的关系,采用SWIFT算法进行搜索求解,无需特征点匹配,即可确定空间平面的位姿。算例结果表明,该方法是有效可行的。     

基于HALCON的板料成形网格应变的测量

计算机视觉在网格应变测量领域的应用已成为研究热点,本实验是基于先进的图像处理软件HALCON,利用双目立体视觉原理,对印制有圆形网格的板料应变测量.首先采用印制有圆形标志点的平面标准标定板,对摄像机进行标定,获得摄像机的内外参数.采用基于NCC的匹配方法对左右图像特征点进行匹配,利用视差原理获得匹配点的三维坐标,对印制有圆形网格的板料进行三维重建.然后根据圆形网格变形后的椭圆长短轴的长度变化,计算得到真实应变,用OpenGL语言将应变可视化.     

基于正面和侧面照片的三维人脸建模

通过对中性人脸主要特征点的调整得到特定人脸,这是计算机视觉领域最常用的方法.在二维数字图像的基础上,依据立体视觉的相关理论,测定出特征点的深度信息,然后交互地修正中性人脸特征点的位置,最后得到特定人脸的模型.     

基于张正友平面模板法的双目立体视觉系统标定

为验证基于张正友平面模板法标定双目视觉系统方法的准确性与合理性,首先分析了双目立体视觉系统的原理,然后论述了双目立体视觉的系统标定原理、方法,以及利用张正友平面模板法进行标定的步骤,通过标定双目立体系统的内部参数和外部参数,应用视差原理,能够确定空间某点的三维坐标,实验验证了文中提出的基于张正友平面模板法标定双目视觉系统方法的准确性与合理性。     

挖掘机器人双目视觉系统标定方法与立体匹配

在挖掘机器人视觉系统实现中,摄像机标定、特征提取、立体匹配是关键环节,而立体匹配又是视觉系统中最复杂、最重要的步骤。首先分析了通用双目立体视觉模型及平行双目立体视觉模型,对挖掘机器人平行双目立体视觉系统测量方法及参数标定进行了研究。结合基于特征的匹配方法,通过对左、右图像角点的提取,实现了基于极线几何约束的特征点匹配。通过对铲斗图像匹配实验,验证了该方法能满足挖掘机器人视觉系统要求。