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。     

一种检测摄像机与被测物间三维轴线求解方法

针对基于三维扫描的商品过度包装智能检测系统中检测摄像机与被测物间三维轴线求解复杂的问题,提出一种在过度包装检测系统中检测摄像机与被测物间三维轴线求解方法。该方法利用棋盘格做标记板,在计算机上利用O pen CV对标记图像进行识别处理,利用三维重建原理对坐标进行二维到三维的变换和空间点重建,实现三维扫描下摄像机与被测物之间的三维轴线求解。在实验中,该方法测试数据达到该系统对精度的要求。所提方法中测量装置结构简单,在转换过程中不需要对标记进行边缘检测,减少了计算量,同时使测量效率得到提高,降低求解的复杂程度。     

基于编码结构光的大型曲面三维测量

介绍了采用结构光彩色编码技术实现大型曲面测量的一种新方法.将由RGB三原色及其补色组成的彩色条纹进行组合,生成编码图案,并由投影仪投射到被测物体上.通过对摄像机拍摄的图像进行解码,获得物体的三维坐标.利用被测物体上的标志特征点,对物体进行分块测量.结合边缘检测及圆心检测确定分割线,对物体三维坐标进行分割、组合,实现了对大型曲面的三维测量.     

基于线结构光的水下双目测量方法

针对水下环境中因光线折射、水体浑浊等产生的物体特征点难以提取的问题,设计了一种利用线结构光阵列提供视觉特征的水下双目测量系统,通过提取光条中心获得大量特征点。推导建立水下双目光路折射模型,并提出一种改进的外极线匹配方法,用于获得特征点三维坐标,实现了水下物体的测量和三维形貌还原。实验结果表明,所提方法对水下物体的测量精度与陆上相当,测量误差在0.3 mm以内,满足测量精度要求。系统测量过程快速准确,适用于水下实时定位测量。     

改进ASIFT算法在无标记点三维点云拼接的应用

目前国内基于结构光投影的三维测量方法需要在测量前给待测物体表面粘贴标记点以进行特征提取。针对辅助手段粘贴的点不仅耗时耗力,且有些诸如文物古玩等待测物体不能够黏贴标记点的问题,本文提出一种改进的ASIFT算法,用于无标记点的待测物表面固有特征点提取、匹配和剔除。实验表明:该方法在避免对被测量对象粘贴标记点的前提下,基本能实现三维点云的拼接。     

线结构光三维轮廓测量系统的标定方法

在线结构光360°三维轮廓测量方法中,采用多图像传感器系统可实现物体整体轮廓及局部形貌细节同时高精度测量.为了实现测量系统多传感器同时标定,提出一种线结构光多传感器三维轮廓测量系统的标定方法.以直接线性变换法为系统标定模型,设计含有多特征点的靶标控制场来解算系统模型参数,应用二元全区间插值误差校正方法对物方坐标计算误差进行校正,实现对整个测量系统的标定.并提出了一种基于二维离散傅里叶变换的多分辨率标定靶标特征点提取的新方法.论述了线结构光四传感器测量系统的标定过程.实验结果表明这种标定方法可实现多传感器测量系统高精度同时标定.     

基于条纹投影的双目结构光成像系统

研究了一种 基于条纹投影 的双目三维成像方法,实现对表面有大梯度或非连续等复杂形貌物体的测量。计算机软件产 生的正弦条纹 经DLP投影仪投射到被测物体表面,左右两个CCD相机同时拍摄经被测物体表面调制的变形条 纹图。通过 四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。建立绝对相位与深度 之间的关系, 得到两组不同坐标系下的三维点云数据。提出一种改进的最近点迭代(ICP)算法,在每一次 迭代过程中剔除 不可见点和噪声点,将两组点云数据转换到同一坐标系中。三维形貌测量实验证明了所研制 成像系统的可 行性和准确性。视场范围内的最大测量误差为0.072mm。     

多传感器线结构光视觉测量系统全局校准

针对现有多传感器线结构光视觉测量系统全局校准过程中通常需要三维测量设备、校准过程复杂等问题,提出了一种基于一维靶标的多传感器线结构光视觉测量系统全局校准方法。此方法以一维靶标为中介,首先由每个线结构光视觉传感器得到光条与一维靶标相交点在各自测量坐标系下的三维坐标,然后由交比不变性得到相交点在一维靶标坐标系下的坐标,进而...     

基于人工神经网的激光三维扫描技术研究

在激光三维测量技术中 ,用摄像机对物体和物体在平面反射镜中的虚像成像 ,用人工神经网技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射 ,无须测定摄像机和激光平面之间的相对位置关系 ,自动修正镜头的几何畸变 ,由单视点序列影像就可获得被测物体表面的三维坐标。结论 :盲区小、方法简单 ,变换关系清晰 ,能获得高质量的测量结果。     

基于折射补偿的水下结构光三维测量系统

针对结构光技术在水下三维测量中的应用,提出了一种基于折射补偿的水下结构光三维测量方法。考虑到水下三维测量时,由于光线在不同介质交界处发生折射,采用平面网格靶标对系统进行陆上标定的结果不能直接应用,必须进行折射补偿,补偿被测物体在CCD摄像机靶面上成像点的像素坐标,按所建立的水下三维测量模型进行测量。通过实验证明,本文的折射补偿方法有效地克服了折射对水下三维测量的影响,实现了水下结构光高精度三维测量。     

立体拼接中全局控制点的定向

提出了一种基于光线交汇约束的全局控制点定向方法.精确标定过的单摄像机模拟双目交汇测量系统,在空间2个不同的角度对至少5个自由摆放的全局控制点成像,根据双目视觉测量模型可解算出传感器的转换矩阵R和带有比例因子的平移向量T.通过引入精确长度已知的基准尺提供空间标度,以求得转换因子,进而求得各点在传感器坐标系下的三维坐标.实验表明,该方法简单、精度高,适于现场测量.     

基于双目视觉和散斑投射的快速形貌测量

针对现有三维扫描设备存在的体积较大,测量速度较慢以及对环境光照敏感等问题,利用双目立体视觉和散斑结构光,开发了一种小型的形貌测量装置。首先对该装置的投射模块,硬件结构进行了设计,其次对涉及到的主要算法,采用数字图像相关法进行像点坐标匹配进行了研究,最后对系统的测量效果和精度进行了初步验证。实验表明,对于单幅点云,该扫描装置测量过程迅速,数据采集可在2 ms内完成。并且在保证生成点的数目较多的同时,精度可达到0.1 mm。因此,本文提出的小型散斑投射装置可在确保测量精度的前提下,实现工件的快速测量。     

投影结构光空间位置和形状的标定方法研究

提出了结构光三维测量系统中投影结构光的空间位置和形状的多点拟合标定方法.在结构光三维测量系统有效视场范围内,空间靶平面多次改变并覆盖整个有效视场.利用投影矩阵与坐标变换关系,由投影结构光与空间靶平面的相截线来确定结构光在整个有效视场范围内的多个三维数据点,通过多点拟合,完成其空间位置和形状的标定.最后以多光片投影双目视觉三维测量系统中9条结构光的标定实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

基于结构光扫描的彩色三维信息测量技术

提出了一种基于线结构光扫描的彩色三维信息测量方法,建立了扫描测量的数学模型,利用一种圆孔阵列平面靶标完成了系统光平面参数的标定。利用所研制的系统对一标准棱块进行测量,空间测量精度优于0．1mm。提出了通过计算测量点对应彩色图像中像素坐标获取颜色信息、对整个扫描数据进行颜色渲染的方案,并对小花盆进行了三维测量和颜色渲染,获得了完整准确的彩色三维数据。系统具有测量精度高、颜色渲染快速和准确的特点。     

远距离运动目标三维测量中图像匹配的研究

采用两个摄像机光轴平行的双目立体视觉测量系统,检测远距离运动物体的三维物体轮廓.阐述了该三维轮廓测量系统中的两个关键技术:提取出合适的图像特征;建立特征间的对应关系.将同一空间物理点在不同图像中的映象点对应起来,由此得到相应的视差图像,实现立体匹配,恢复出物体的三维轮廓.仿真实验结果表明,该三维轮廓测量方法容易实现、对硬件要求不高、精度较高和具有较高稳定性,能够满足远距离运动物体姿态和速度测量的要求.     

形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统

在基于双目视觉的三维轨迹测量中,双目同名点的高精度匹配是提高测量精度的关键。在狭长空间的近距离测量场景下,针对双目拍摄角度不同导致仅用形心法定位匹配的轨迹测量精度不高的问题,研制了一种形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统。首先,在仅用形心法对目标物体定位匹配的基础上利用极线约束投影进行双目形心的二次定位;其次,提出了一种基于距离和方法权重的灰度互相关方法进行双目形心的亚像素匹配;最后,通过卡尔曼滤波对于目标物体的三维重建运动轨迹进行滤波修正。实验结果表明：该轨迹测量系统通过对多方法组合优化,显著提高了狭长空间近距离条件下的轨迹测量精度,在128 mm的全量程测量范围内对纹理较好目标物体的平均轨迹长度测量误差为13.14μm,测量精度约为0.01%,相比于仅用形心法定位匹配,轨迹长度测量精度提高了94.3%。     

基于自标定双目视觉算法的3维图像构建

为了解决传统双目视觉标定方法构建3维图像的缺点,采用自标定双目视觉算法建立了双目视觉系统,确定了空间对象点;通过自标定数学模型构造矩阵,对两相邻图像的本质矩阵求解;并用立体空间方程的投影矩阵得到4个线性方程,用外极线约束法得图像点的世界坐标值。结果表明,物体空间轮廓清晰,避免重影,不再具有双重轮廓,3维表面比较逼真,具有较强的立体感。     

光栅式双目立体视觉传感器的立体匹配方法

光栅式双目立体视觉传感器的难点之一在于立体匹配问题,为此,提出了一种基于极线约束和空间点最小距离搜索的立体匹配方法.该方法将光栅式双目立体视觉传感器看作两个光栅结构光传感器,分别标定后可测定光条中心点关于某个结构光模型的三维坐标,若两点匹配,则其三维坐标间的距离理论上为零.引入极线约束,在左摄像机成像光条上找一个特征点,在右摄像机所成像中便可计算出一条极线与之对应,在极线与各光条中心的交点中寻找匹配点.该方法在三维空间进行匹配,计算量小,能够实现点与点的唯一匹配.仿真实验表明了该方法的有效性.     

智能激光3D投影空间定位精度分析

为了解决激光3D投影定位无法兼顾高精度、实时性、智能补偿定位的问题,搭建了一种基于激光跟踪定位技术的智能激光3D投影系统,并进行空间精度分析。首先,建立激光3D投影系统数学模型;其次对激光3D投影系统进行光学中心标定,再利用投影承接部件基准点对部件坐标系进行标定,从而完成智能激光3D投影系统的标定及搭建;最后,建立智能激光3D投影定位精度模型。仿真结果显示,激光3D投影仪投影区域中间部分精度最佳,由激光跟踪测量精度引起的投影承接面投影点误差小于投影仪引起的投影承接面投影点误差。实验结果显示:在3~4 m的投影距离上,所研制的智能激光3D投影系统的投影形状及位置准确度可以优于0.3 mm。与传统的激光投影系统相比,该系统解决了大尺寸投影承接部件不能大量安装合作目标问题,使工作中无需目标反射头及校准工装,省略校准过程,当投影系统或被测部件移动或漂移时,智能化识别、解算、补偿相对位移量,保证实时、精确投影至正确位置,极大提高了投影定位系统的工作精度和定位效率。