双目立体摄影测量中的标定方法

针对立体摄影测量中的双目立体摄影测量,利用透视变换方法及矩阵转换知识建立了双目立体摄影测量系统的空间三维坐标数学模型,提出一种不需要迭代求解摄像机参数的标定方法,避免了迭代算法收敛速度慢、耗时多的缺点。该标定方法只需对标定板在不同角度拍摄一组图像,在无需控制任何运动参数的情况下,通过成像过程中不同坐标系之间的转换,实现了像素坐标与基准坐标之间的直接转换。该算法快速、精确、简便。实验结果表明,该标定算法可达到相对误差为0．2的精度。     

一种空间圆形目标俯仰角的测量方法

俯仰角在许多领域都有着重要的应用,对其进行精确的测量就成为一个亟待解决的关键问题。分析了空间圆形目标的俯仰运动,并根据旋转轴是否通过其圆心将其分为两类。基于摄像机透视投影原理,提出了一种空间圆形目标俯仰角的测量方法,分别推导出了两种情况下俯仰角的计算公式。并通过实验,验证了该方法的可行性。该方法测量方便,计算精度较高,俯仰角测量绝对误差在0.2°以内,可以满足许多应用领域圆形目标俯仰角测量的要求。     

圆形目标精密定位方法的研究与应用

圆形目标的特征定位在计算机视觉中有着重要的作用.分析了在图像处理中影响圆形目标定位精度的几种主要因素,着重研究了圆形目标在透视投影变换过程中所产生的圆心偏差.基于摄像机的透视投影变换过程以及空间解析几何理论,提出了使用同心圆目标快速准确地获取图像中圆形目标圆心真实投影点的方法,同时建立了一种使用同心圆补偿镜头畸变的方法.仿真实验以及实物实验表明该方法可以准确且稳定地补偿透视投影变换过程中所产生的圆心偏差,从而获得图像中圆形目标圆心的真实投影点.该方法可以推广至视觉检测和摄像机参数标定中,利用其设置摄像机参数标定用标定板,具有一定的理论意义与工程实际应用价值.     

汽车坐标系和车身姿态角的确定方法

结合参考标准定义,给出了汽车坐标系定义的具体方法;并在此基础上,给出确定车身姿态角的方法。     

多波束测量中海底测点三维坐标计算方法研究

如何将GPS位置实时推算至海底地形点位置、获取海底测点在地理坐标系中的精确位置是一个十分复杂的计算过程。文章从数学角度剖析了这一坐标转换的全部过程,揭示了多波束水深点定位的实质,指出了各步转换中的具体转换参数实际内涵。以便对多波束的实现理论更加清楚,对于控制误差传播、测量关键环节的质量控制都有十分重要的意义。     

现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。     

协方差矩阵在目标二维姿态测量中的应用

针对现有姿态测量方法计算量大的问题,本文提出了一种新的基于协方差矩阵的目标二维姿态测量方法。首先,将图像二值化,提取出目标的重心坐标;其次,计算出目标所在区域的协方差矩阵;最后,得到由协方差矩阵定义的椭圆区域,并求出椭圆的两个轴的大小和方向。两幅图像中目标区域所确定的椭圆长(短)轴的比值即为缩放比例,长(短)轴方向的差值即为旋转角度。仿真实验证明：该方法可以快速准确地计算出目标的旋转角度和缩放比例,旋转角度可以精确到 以内,缩放比例可以精确到 以内,计算时间仅为对数极坐标的1/16。     

一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法

针对球姿态视觉检测中图像的“近大远小”透视畸变问题,提出了一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法。基于相机成像模型分析了透视畸变的特点及产生原因,根据已知的球体特征模型、相机标定技术和逆透视变换原理构建了图像透视畸变校正模型,进而实现球体任意姿态图像的透视畸变校正。实验结果表明,利用该方法测量直径60 mm以内的球体姿态时平均绝对误差低于0.6°,且该方法适用于工业生产中球体的其他视觉测量。     

考虑飞机姿态角时倾斜航空相机像移速度计算

飞机的飞行和姿态变化使航空相机在拍照时产生像移,必须通过像移补偿来提高照相分辨率。为获得飞机姿态角变化时在倾斜航空相机像面上的像移速度大小,首先建立姿态变化过程的数学模型,用坐标系的旋转来等同姿态角的变化,然后根据坐标系旋转前后相同点坐标值之间的矩阵转换关系,推算出单个姿态角变化导致的像移速度,最后将此方法推广到三个姿态角都变化时像移速度的计算。实际应用证明了该方法是一种有效的斜视画幅式航空相机的像移速度计算法,且直观、简单易行,还可以扩展到星载相机上。     

非合作目标姿态测量的嵌入式算法

针对一系列含有圆和直线特征的航天器,提出了基于嵌入式算法来实现非合作目标的姿态测量。该算法在现场可编程门阵列(FPGA)中完成边缘点的检测和边缘图像的细化;在数字信号处理器(DSP)中通过基于弧段的快速椭圆检测方法检测目标上的椭圆特征;同时用快速高精度的二次Hough直线检测方法检测目标上的直线特征。最后,针对实际在轨任务进行了地面模拟实验,基于椭圆特征和直线特征计算了目标飞行器和一个CCD相机的相对姿态。结果显示:该嵌入式方法所需资源较少,更新率优于3Hz;其测量精度随着测量距离的变大而变差,同一距离3个方向的测量精度不同,近距离(小于4m)、深度方向的测量精度优于100mm,其他方向最高优于60mm,角度精度优于1°,满足嵌入式系统对资源、在轨更新率和精度的要求。     

基于 Kalman 的动态角度测量方法研究

为了保证转台测角系统动态角度测量的准确性,研究了一种基于Kalman滤波的动态角度测量方法。阐述了动态角度测量方法原理,详细解释了基于Kalman滤波的参数优化模型和动态预测模型;根据测量精度要求设计动态角度测量电路,基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现转台发生角度值实时预测;开展加速度为10°/s²的匀加速运动工况仿真实验,以转台发生角度理论值为参考验证方法有效性;搭建转台实验平台,以环形激光陀螺仪为测量参考值验证动态角度测量方法应用效果。实验结果证明提出的动态角度测量方法可有效减小转台测角系统测量延时引入的系统误差,在转速为30°/s时延时误差由-82.62″减小至-0.01″,在各种转速下能够保持测量结果一致性,有效提升转台测角系统动态测量精度。     

大倾角远距离航空成像的修正系统误差定位方法

针对目前对地目标定位算法在大倾角远距离航空成像应用时定位误差较大的问题,提出了一种修正系统误差定位方法。对大倾角远距离航空成像系统的系统误差进行分析与建模,给出了包含系统误差修正模型的对地目标定位算法,并针对残余误差的获取问题,进一步提出了一种依据地面控制点估计残留误差参数的方法。仿真结果表明,依据地面控制点估计残留误差参数,可将残留误差降为1/10。飞行试验数据验证,在进行大倾角远距离航空成像目标定位时,通过修正系统误差可将定位误差平均值从401 m缩小到97 m。修正系统误差定位方法可以有效提高在大倾角远距离航空成像应用时对地目标定位的准确度。     

复杂背景下扩展目标双尺度分形分割算法

针对复杂背景的分形尺度不变性,提出了一种扩展目标分割新算法.首先将大、小两种尺度下像素邻域内的灰度信号转化为一维,分别进行离散傅立叶变换(DFT),再利用频域的极大似然估计提取分形维数,选取小尺度的分维数图表征各边缘的精确位置,而大尺度的分维数图表征抑制背景纹理后的目标主要轮廓,然后计算图像边缘的方向性函数,使大尺度边缘在小尺度边缘限定的范围内,选择幅度与方向接近的目标边缘进行连接,最后进行阈值分割,得到闭合的精确边缘结果.实验证明了算法的有效性和可靠性.     

应用聚类和分形实现复杂背景下的扩展目标分割

将K-均值聚类方法与分形理论相结合,提出了一种分两个阶段对扩展目标进行分割的方法.在预分割阶段,运用粗糙集理论求取初始聚类中心,在K-均值聚类分割和区域连通的基础上,检测图像边缘并进行边界跟踪,对于获得的目标和背景团块根据扩展目标特性确定目标潜在区域.在进一步分割阶段,给出图像分维数随尺度变化的函数,利用自适应阈值,根据分形理论的尺度不变性进一步抑制预分割结果中的自然背景,并运用形态学开运算消除背景粘连.实验表明该方法能有效并可靠地实现复杂背景下扩展目标的精确分割,分割出的扩展目标轮廓细节保持良好.     

基于三维坐姿的压力数据自动标注方法

针对当前传统坐姿标注方法,存在操作繁琐、人工标注效率低等问题,提出了一种基于三维坐姿的压力数据自动标注方法。该方法基于双指针时间戳匹配实现双目视觉数据和压力数据同步实时采集;采取归一化、自适应中值滤波处理压力数据,去除压力数据量纲影响和尖峰噪声;利用二维姿态估计与匹配优化、坐标变换和多点三角测量处理视觉数据,提取6个三维人体关键点信息;构造基于坐姿特征的骨架图和基于邻接节点间空间三维投影角度特征,建立一个基于三维坐姿的标注信息生成模型;利用标注信息标注压力数据,构建带标注的坐姿压力数据集。实际应用中,单个样本数据对视觉-压力端采集平均时间差仅为21 ms,生成标注准确率达98.98%,自动标注平均耗时0.199 s,标注速度较人工标注提升13.3倍。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

高光谱遥感影像地面伪装目标检测方法的研究

根据光谱揭露伪装的检测机制,对目前国内外的许多绿色伪装材料和多种绿色植被背景的光谱特性进行了分析,探讨了实验目标光谱模拟伪装材料的检测技术.通过光谱特征选择及空间降维处理,建立了判别函数,确定了判别规则.寻找了适合区分人工目标与背景光谱的最佳分类特征和判别函数.     

磁传感器偏航角诊断滤波方法研究

在磁干扰环境中,磁传感器解算的飞行器偏航角会出现偏差。针对磁干扰导致的估计误差问题,面向模型不确定性飞行器系统,提出了基于非线性扩张状态观测器的磁传感器偏航角诊断滤波方法。该方法首先设计了一种双参数型非线性扩张状态观测器,降低了参数复杂性;然后基于该观测器设计改进型观测器残差法,对磁干扰数据进行诊断过滤;最后,设计了基于误差预测的改进型互补滤波器,通过融合滤波进一步抑制磁干扰。静态仿真实验结果表明,本文所设计的诊断过滤方法数据匹配率超过94%,融合滤波结果相位超前且更为平滑;动态飞行实验结果表明,该诊断滤波方法有效抑制了磁干扰对四旋翼飞行器偏航角估计的影响,增强了飞行器的稳定性和抗磁扰能力。     

红外目标模拟器辐射校准方法的研究

在利用红外目标模拟器对红外成像系统进行性能检测和定标之前,需要先对其输出的有效辐射进行校准,而现有的辐射校准方法没有考虑到红外目标模拟器自身光机结构所产生的背景辐射.建立了考虑到红外目标模拟器背景辐射的辐射校准模型,可同时确定红外目标模拟器中平行光管的透过率和背景辐射,并据此得到红外目标模拟器的有效辐亮度.分析了该校准方法的不确定度,在3.7～4.8 μm、8～9.2 μm波段分别为4.2％、3.5％.最后,利用中波和长波红外相机,对由HFY-302B黑体和LPS300离轴平行光管组成的红外目标模拟器在3.7～4.8 μm、8～9.2 μm波段的有效辐射进行校准实验,给出了辐射校准结果.     

基于坐姿的脚控操纵装置安装位置评价方法

在产品设计中,操纵装置安装位置直接影响了操作者的操纵行为,对操纵元件安装位置的设计和评价具有十分重要的意义.研究了一种通过人体姿态的舒适性来反映脚控操纵装置安装位置设计优劣的新评价方法,建立了坐姿操作状态下脚控操作装置安装位置的评价数学模型,并研究了模型的求解方法.运用该方法对某型号装甲车辆的脚踏板安装位置进行评价计算,得出了与实际情况非常吻合的结果.