会聚式相机获取的视差图像的梯形失真校正

为了消除会聚式相机所拍摄的视差图像中由于梯形失真引入的垂直视差,基于立体成像时同一深度的物点应具有同一水平视差且不存在垂直视差的原理,提出了在相机拍摄场景中的某一深度放置标定板并以中相机所拍摄的标定板图像作为参考视筹图像来校正其他待校正视筹图像的方法.以标定板特征点在待校正视差图像及参考视差图像中的坐标值建立待校正视差图像在校止前后的坐标映射关系,并通过图像采样得到校正后视差图像.实验结果表明,该方法有效地减小甚至消除了视差图像中的垂直视差,具有可行性,对提高立体显示效果具有指导意义.     

连续视场的多相机数字图像相关测量方法

为拓展三维数字图像相关方法的应用范围并提高测量精度,将数字图像相关方法和多相机同步采集系统相结合,形成连续视场的多相机三维数字图像相关测量方法,在满足大长细比、大曲率和复杂全表面连续变形测量需求的同时,提高应变测量精度。多个相机同步拍摄物体表面的不同区域,相邻局部区域之间满足视场重叠范围要求,通过多相机标定将数据点映射至同一全局坐标系下,实现连续视场的多相机数字图像相关测量。利用双相机系统和多相机系统同时观测板的平移实验和梁的三点弯曲实验,结果表明,连续视场的多相机数字图像相关测量方法充分利用相机空间分辨率,一定程度上提高了三维变形测量精度。     

一种基于数字图像的空间测距方法

通过设置具有简单几何属性的定标物和定标标尺,以及相机的平移运动,分步标定相机的内部参数矩阵K、旋转矩阵R、位移向量T及导轨方向向量E,建立相机与被测物体的空间关系.在相机导轨的两个位置分别采集被测对象的清晰图像,利用基于数字图像的空间测距数学模型,即可求解空间两点的空间距离.提出的基于数字图像的测距原理和方法较好地解决了"定标物定标法"中需要已知定标物空间位置的难题,具有数学模型收敛性好、定标精度高(在给定的实验条件下测量精度可控制在2%以内)、试验模型简单的特点,特别适合于空间大尺度物体(几米-几十米)的尺寸测量,能够弥补现有非接触测量方法在测量范围、测量成本等方面的不足,可广泛应用于大尺寸零件测量、地质勘探、水利建设、矿山开发、城市规划等工程领域.     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。     

基于灰度矩亚像素定位算子的视觉测量方法研究

根据灰度矩算子在目标成像前后的矩不变特性,提出了一种利用目标图像成像前后三阶灰度矩进行亚像素定位的多源视觉测量方法.该方法在获取到被测对象的图像后,首先根据其特点利用图像增强算法与传统的边缘检测算法进行预处理与边缘粗定位,然后根据物体成像前后灰度矩算子不变的特性将边缘定位在亚像素级精度上,之后利用直线拟合法确定被测对象的参数,最后采用多个传感器分别获得测量结果并进行加权平均,以进一步提高测量结果的精度.仿真测量结果表明,该方法具有精度高、抗噪声性能好等特点.     

一种新的测量光纤直径的方法

应用数字图像处理技术,提出了一种新的测量光纤直径的方法.通过对图像进行阈值分割、去噪、边缘检测和搜索最短路径等处理,在一定精度范围内高效智能地测量光纤上任意点直径和平均直径.与传统的光纤测量方法相比,该方法具有简单、高效和非接触等显著优点,可推广应用于其他类线状物体的直径测世.     

基于双目视觉和灰度差分法的粒径测量方法

提出了一种新的基于双目视觉和灰度差分的粒径测量方法,并开发了相应的查询系统。根据散射光经过微粒后在不同角度时有不同强度的特点,通过布置具有不同拍摄角度的数字相机同时拍摄粒子,获得两幅具有灰度差异的粒子图像。结合图像几何校正、粒子检测、粒子配对等数字图像处理技术实现同一粒子在不同图像中所成像点的配对。配对之后再利用灰度差分法测量粒子粒径。最后使用该查询系统进行了模拟验证和实验验证。验证结果表明:本查询系统能够比较理想地实现不同角度下粒子图像的几何校正;利用校正之后的图像进行粒子配对,获得了较为理想的结果;在选择适当参数的情况下,利用灰度差分法能够初步实现对粒子粒径的测量。     

缸盖缺陷检测系统线阵相机现场标定方法

为检测某型号发动机缸盖表面缺陷,需获取缸盖表面的精确尺寸,本文设计了发动机缸盖表面视觉检测设备,应用该设备平台针对线阵相机中的镜头畸变提出了一种新的标定方法。首先,根据测量精度要求,设计缸盖视觉检测设备,利用高精度的设备平台确定线阵相机测量高度和成像角度;然后,通过建立的线阵相机成像的数学模型,忽略畸变情况下,在中心光轴处求得相面中心坐标,并利用最小二乘法求得相机内外参数;最后,考虑镜头畸变,建立畸变数学模型,利用最小误差法对镜头畸变参数标定。实验结果表明:该方法提高了相机的测量精度和稳定性,校正后图像的最大变形量不高于±0.25Pixel,测量平均误差为0.356%,可满足实际工程需要,具有较高的实用价值。     

基于轨迹图像的煤粉颗粒速度和粒径测量

为了开发管道煤粉参数的实时在线测量技术,研究基于粒子轨迹图像的煤粉速度和粒径的测量方法.实验研究煤粉颗粒的光散射特性,获得煤粉颗粒在激光照射下不同方向和不同曝光时间下的成像特点,表明在较长曝光时间下的煤粉轨迹图像清晰可辨,弥补由于煤粉强吸收特性引起的瞬态图像偏暗和模糊的不足,并提出利用煤粉颗粒轨迹图像同时测量煤粉颗粒速度和粒径的方法.利用计算机图像处理方法对实验拍摄的大量煤粉轨迹图像进行识别和计算,获得煤粉颗粒的速度和粒径分布,并与商用PIV系统和Malvern粒度仪所得结果基本吻合.结果表明,所提出的基于粒子轨迹图像的煤粉颗粒测量方法切实可行,为开发廉价实用的煤粉颗粒在线测量系统打下基础.     

复杂背景下高层建筑钢结构板孔心影像坐标量测

针对复杂背景下钻有圆孔的钢结构板图像,为实现圆孔中心的精确定位,根据近景摄影测量中二维直接线性变换的方法确定各圆孔对应的感兴趣区域,并分别对其进行二值化、形态学等处理,之后采用Canny算子检测圆孔像素级边缘,同时根据边缘轮廓所占面积作为条件,剔除错误边缘;为提高边缘点的定位精度,在像素级边缘点的基础上使用Zernike矩获取圆孔的亚像素级边缘点,最后对边缘点集用最小二乘的方法进行多次椭圆拟合,从而确定圆孔中心在图像中的精确位置.试验结果表明,该方法可以获得较高的孔心影像坐标量测精度,点位"均方差"达到0.182mm.     

Portable device for the local three-dimensional deformation measurement using a single camera

The aim of this paper is to establish and validate a portable device for the local three dimensional deformation measurements using a single camera combined with a triangular prism mirror and two mirrors. The mirrors were utilized to convert a single camera into a stereo image system, which views a test object from two different directions and records the surface images of the test specimen on the two halves of the camera sensor in order to achieve a three-dimensional measurement. The proposed system consists of a single camera and the reflection system was integrated into a portable device to achieve a truly portable, low-cost,local three-dimensional deformation measurement, one-time calibration and easy implementation in situ. The optical design and measurement procedures to obtain the three-dimensional(3 D) deformation measurements of the proposed system were described in detail. The efficiency and precision of the proposed system were verified by measuring the displacements of a translated flat plate. As a practical application, the proposed system is used to measure the out-of-plane displacement of an aluminum circular plate with a central load. Moreover, the normal strain measurement of a plastic beam under symmetric four-point bending via an outer loading frame was also presented. The measurement results are in good accordance with the data obtained by strain gauges. The experimental results revealed that the proposed system was practicable and effective for the local three-dimensional deformation measurement. This system well-suited to both laboratory and field condition and will have significant application in the fields of engineering.     

三维人体表面轮廓测量系统中的"景深"问题研究

对三维人体表面轮廓进行测量时，CCD摄像机镜头具有一定的景深范围，若拍摄的光栅图像在非聚焦面上，则会造成相位及表面轮廓高度测量的误差．针对这一问题进行了研究，推导、证明了景深与相位测量误差的关系，并利用这一关系，给出了系统允许最大相位误差时所对应的测量范围．     

单目序列的刚体目标位姿测量

针对单目相机不具备构建合作目标的情况及其对平面上运动目标位姿测量的应用需求,提出一种基于目标轮廓的运动目标位姿自动解算方法.该方法以目标三维几何模型和相机参数作为先验信息,利用OpenGL生成位于不同位姿的运动目标模拟图像,通过模拟图像与实拍图像之间的关系进行位姿的求解.首先由离散位姿集合的模拟图像得到运动目标轮廓集合,由实拍图像运动目标轮廓与离散位姿轮廓集合中轮廓间的关系确定运动目标的初始位姿.然后构建初始位姿下模拟图像的目标轮廓与实拍图像目标轮廓间的距离代价函数,采用非线性优化算法迭代求解运动目标的精确位姿.实验结果表明,提出的方法可以有效地测量运动目标的位姿,且当图像中纹理复杂、受阴影影响时仍能取得较好的测量结果.     

细丝直径的数字图像测量算法

介绍了细丝直径测量系统的构成,阐述了应用数字图像处理的方法对细丝直径进行高精度图像测量的算法。用求刻度线频率的方法得到标准刻度尺的单位刻度像素长度;对细丝图像进行二值化,根据细丝的方向求取细丝直径的像素长度;通过单位标定,得到细丝直径的测量值。与使用螺旋测微器得到的测量值进行了比较,结果表明,基于数字图像处理算法的细丝直径图像测量方法具有精度高、测量速度快等特点。     

椭圆拟合的圆环模板摄像机标定

结合平面模板和一维标定物摄像机标定方法的优点,提出了一种新的基于椭圆拟合的圆环模板摄像机标定方法．该方法设计了一种新的圆环模板,只需要3副模板图像即可标定摄像机; 通过引入椭圆拟合精确定位圆环模板特征点,利用非线性优化进一步提高了摄像机的标定精度．仿真实验结果表明,该方法精确度高、鲁棒性强,通过在真实图像上的实验,验证了该算法的性能．     

3D混杂场景中机械臂自主分拣小目标的方法

为解决机械臂在大小目标共存的3D混杂场景中无法利用3D视觉传感器直接感知分布于操作视场范围内的小目标这一难题,提出一种基于"固定安装的全局Kinect深度相机"与"安装在机械臂末端执行器上的移动相机(手眼相机)"相结合的视觉系统混合配置方法.固定的全局Kinect深度相机用于感知并获取视场范围内的大目标点云,进而识别估计其位姿,然后借助路径规划技术引导机械臂到达大目标的上方,启动手眼相机近距离获取小目标的图像;离线阶段获取小目标的CAD模型,虚拟2D相机在以目标中心为球心的虚拟球表面的不同位姿和不同半径处拍摄目标的一系列二维视图,并且储存在目标的3D形状模板数据库中;在线阶段从真实手眼相机拍摄的场景图像中基于图像金字塔分层逐一搜索匹配,找到与目标模板相匹配的所有实例并计算其二维位姿,经过一系列转换后得到在相机坐标系下的初始三维位姿,应用非线性最小二乘法对其进行位姿修正.由ABB机械臂和微软Kinect V2传感器以及维视图像公司的工业相机进行位姿估计精度实验和混杂目标分拣实验,利用棋盘标定板来测定目标真实的位姿.实验结果表明,位置精度0.48 mm,姿态精度0.62°,平均识别时间1.85 s,识别率达到98%,远高于传统的基于特征和基于描述符的位姿估计方法,从而证明了提出方法的有效性和可行性.     

基于改进形状上下文的双焦图像深度估计

针对深度估计时两幅双焦图像特征点的误匹配问题,提出了一种基于改进形状上下文特征点的校正方法。首先引入了对尺度、视角、光照等具有不变性的SSURF特征向量,利用SSURF特征向量匹配算法在双焦单目视觉系统采集的焦距不同的两幅图像之间进行目标SSURF特征点的匹配。提出一种改进的形状上下文描述符,对局部特征匹配点对进行误匹配的校正。然后根据空间物点与所成像点距图像中心矢量大小及摄像机的焦距值之间的几何关系,利用校正后的特征点完成相关的计算从而获取目标物的深度信息。实验表明,校正后的方法进行深度估计具有较小的误差和较好的估计效果。该深度估计方法有较大的实用价值。     

基于单目运动摄像机的三维物体运动参数估计

针对单目视觉监测系统摄像机和目标物体同时运动时,如何有效测量物体三维运动参数的难题,提出一种基于单目序列图像对插入虚拟视点的算法确定运动物体位姿及运动参数的方法。动摄像机连续采集运动物体的图像序列,根据摄影几何原理对摄像机和运动物体进行分析,结合本质矩阵的特性,估算空间物体运动参数。实验结果表明,该方法能够在为摄像机与目标物体同时运动的情况下,有效地估测出物体三维运动参数,且该方法简单有效,具有较高的精确度和准确性。     

基于CCD的轴径检测方法

给出了一种CCD相机标定与亚像素边缘检测相结合的轴径测量方法。该方法在修改了张正友标定方法中的畸变模型的基础上,利用专门设计的夹具夹持标定板进行CCD相机的外部参数标定,有效地保证了被测轴的夹持状态与标定的外部参数一致。使用拟合形式的亚像素边缘检测算法确定轴的两条边缘的位置,同时给出了利用伪直径确定真实轴径的函数关系式。通过与精密量具的测量结果对比,当轴径的基准尺寸在35～75mm时,该方法测量的平均误差为0.02mm。