基于双目视觉三维测量系统平台的搭建与实现

采用线激光,搭建基于双目视觉的非接触式激光扫描测量系统的硬件平台,对实物进行扫描,给出了摄像机的标定方法和物体的三维重建过程,得到了物体的三维模型。     

基于灭点优化的单幅图像三维重建

单幅图像的三维重建避免了基于多幅图像重建的特征匹配的问题,是三维重建研究领域的一个热点。通过对单幅未标定图像进行三维重建,灭点的精度十分重要。提出一种利用直线的参数信息的灭点检测算法得到有效的直线,优化了灭点。首先对图像进行处理,提取出图像中的长直线,分析直线特征,对不同方向的直线进行分组,再根据各方向的直线满足线性分布关系,利用改进的回归算法获取直线参数的线性模型,剔除误差直线,再利用最小二乘法解算灭点。得到精确灭点后,根据灭点的性质获得摄像机的内外参数。交互获得最少的图像二维点,通过计算求得的摄像机内外参数和物体本身的几何特征计算相应的三维坐标,最后进行目标物体的三维重建。此方法有效剔除了无效直线的干扰,提高了灭点精度,以包装盒为例,重建了三维模型并且误差控制在2.5%以内,符合三维重建精度要求。     

空间编码三维视觉传感器的研究

本文介绍了空间编码三维视觉传感的结构与测量原理,并针对它在测量物体的三维信息中所存在着的投影点和像点的对应不够准确的问题,提出了一种三维视觉传感用的结构光空间编码的新方法,解决了被动视觉传感匹配难的问题.通过投影仪将一空间编码图片投射到物体表面,经物体几何形状调制的图案被面阵CCD摄像机接收,然后通过计算机测控系统就可以得到物体三维信息.实验结果表明:采用此种空间编码新技术,仅用一幅图像且不需对摄像机进行标定就可以对物体三维信息进行动态测量.     

基于单相机和投影仪的静态物体三维数字化研究

物体的三维重建是计算机视觉领域一项重要的研究内容.在单相机和投影仪系统下实现对静态物体的三维重建,首先利用张正友相机标定原理完成对相机和投影仪的标定,然后将格雷码投影到被测物体上,用相机进行图像采集.对采集到的图像进行阴影检测和像素点匹配,最后通过三角化实现物体表面三维点云重建.实验结果证实了本文方法具有可行性.     

多目立体视觉三维重建系统的设计

针对工业产品质量检测过程中产品三维表面的重建问题,提出一种基于多目立体视觉三维重建方法.设计了一套由八个直线分布的工业相机构成的三维重建系统方案.首先通过图像采集模块,在八个不同方向对目标物体进行图像采集.其次对采集到的图像进行预处理,其中包括图像背景抑制和目标物体分割.然后通过相机标定模块,对八个相机进行标定,获得它们的内外参数,并结合Harris角点检测及高斯差分检测算法对预处理后的图像实现特征点提取.在此结果上,再利用三角形法对提取到的特征点进行匹配和校正.最后采用泊松表面重建方法准确地获取和优化角点,并找到角点特征的匹配点,从而对物体进行三维表面的精确重建.实验结果表明,设计的系统能够重建出静止物体的局部三维表面,重建结果中的物体表面完整,结构清晰,表面上的字符重建完整,能够很好地进行识别.     

基于视频的结构光光条中心提取方法

针对结构光测量系统,提出基于视频的结构光光条中心提取方法．首先,为了分析图像随时间变化的关系,将视频图像的每一帧的同一列像素提取出来,按照时间顺序排列成一幅图像．然后,把图像逆时针旋转臼角度（口角是激光平面和CCD传感器平面法线的夹角）,提取光条中心图像坐标．最后,把求得的光条中心图像坐标顺时针旋转口角,根据这个光奈中心坐标反求物体的三维轮廓．该方法利用视频图像各帧之间的相关性,有效地克服了颜色突变对光条提取的影响．实验表明,该方法能够有效降低光条中心提取的误差．     

双CCD光栅投影法测量物体三维轮廓技术

为了实现物体三维轮廓的高精度测量,使用双CCD采集被物体调制的光栅图像,将四步相移法与图象编码法相结合对采集到的图像进行处理,得到物体上各个点的相位变化,根据相位变化求出物点相对于参考面的高度,从而获得物体的三维轮廓信息.实验表明,此方法测量信息获取完整,可以测量陡峭或不连续的物体,测量误差在0.05 mm以内.     

三维重建表面几何特征的提取与参数测量计算

对三维重建结果的表面特征进行提取和误差分析,是提高三维目标测量精度的关键步骤. 提出了对三维重建表面几何特征进行提取,并对其进行参数测量计算的方法. 首先利用STL文件对三维重建得到的目标点云数据进行读取、导出并筛选,得到三维重建目标的点云数据,通过迭代计算生成CAD模型表面点云数据. 再提取重建目标与CAD模型的几何特征,计算粗糙度、平行度和平面度等几何参数特征值,进行误差比较和分析,最后将该结果反馈至三维目标重建过程中. 实验结果表明,提出的方法能有效地提取三维重建结果表面几何特征及对表面进行测量计算.     

基于三维直线拟合的机器人与跟踪仪坐标系转换方法

为降低工业机器人标定中测量粗差数据对坐标系转换精度的影响,提出了一种基于三维直线拟合的机器人与跟踪仪坐标系转换方法.首先,利用激光跟踪仪测量机器人空间中规划的三条两两正交的直线轨迹,获取测量数据集;然后,基于最小二乘拟合得到基准直线;最后,通过判断各数据点到基准直线距离与设定距离阈值的大小关系滤除粗差数据,达到优化坐标...     

基于双目视觉跟踪的三维拼接技术

为了扩大三维面形测量的视场,提出了基于双目视觉跟踪的三维拼接技术。采用了两套双目测量系统,一个为全局的跟踪系统,一个为测量系统。在测量系统上固定一个7×7棋格靶标作为中介,将每次测量系统测得的物体三维点坐标转换到统一的全局坐标系下完成拼接。测量系统采用的是投影格雷码结构光加上双目视觉原理的方法获得物体三维点坐标,实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

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。     

Monitoring slope deformation using a 3-D laser image scanning system: a case study

An ILRIS-36D 3-D laser image scanning system was used to monitor the Anjialing strip mine slope on Pingshuo in Shanxi province. The basic working principles, performance indexes, features and data collection and processing methods are illus-trated. The point cloud results are analyzed in detail. The rescale range analysis method was used to analyze the deformation char-acteristics of the slope. The results show that the trend of slope displacement is stable and that the degree of landslide danger is low. This work indicates that 3-D laser image scanning can supply multi-parameter, high precision real time data over long distances. These data can be used to study the distortion of the slope quickly and accurately.     

Monitoring slope deformation using a 3-D laser image scanning system:a case study

An ILRIS-36D 3-D laser image scanning system was used to monitor the Anjialing strip mine slope on Pingshuo in Shanxi province.The basic working principles,performance indexes,features and data collection and processing methods are illustrated.The point cloud results are analyzed in detail.The rescale range analysis method was used to analyze the deformation characteristics of the slope.The results show that the trend of slope displacement is stable and that the degree of landslide danger is low.This work indicates that 3-D laser image scanning can supply multi-parameter,high precision real time data over long distances.These data can be used to study the distortion of the slope quickly and accurately.     

基于三维测量的奶牛体型性状指标的数据采集

采用立体视觉的三维测量方法重建奶牛的三维模型,实现了对奶牛的体型性状指标测量,首先通过立体标靶进行摄像头的标定,然后利用SIFT（scale invariant feature transform）尺度不变特征点匹配算法对图像进行特征点提取与匹配,最后通过投影矩阵计算匹配特征点的三维坐标;针对双目视觉中摄像头视角范围受限问题,提出通过在相邻视点的公共区域设置标记点,根据标记点计算不同坐标系的转换关系,将各局部特征点转换到统一坐标系下,从而实现不同视点下各局部区域的三维拼接.实验表明,采用该方法重建的奶牛模型较理想,测量精度和测量效率满足评定要求,能够取代手工测量.     

人体足部非接触测量系统的研究

基于制鞋业与鞋楦业加工生产的需要，开发一种用于人体足部测量的激光扫描非接触测量系统，以一定频率同步发射两条激光线，在被测物表面形成一条封闭曲线，并使用3台CCD摄像机从不同角度同时拍摄该曲线与足底图像．经过对像平面和实物之间的空间映射变换及图像处理后，可获得被测物表面的三维曲面信息．采用标准刚体对系统进行测试，测量误差绝对值小于0．8％，表明该系统具有良好的使用前景．     

基于线阵CCD的大视场二维平面定位系统

为了克服当前交互式电子白板系统技术复杂、定位精度低等缺点,提出一种基于线阵电荷耦合器件（CCD）的大视场二维平面定位系统,该系统由待定位物体、CCD摄像装置和信号处理电路组成.CCD获取待定位物体的信息送入信号处理电路处理,通过坐标变换快速校正CCD光学系统引起的畸变,得到待定位物体的位置.系统定位距离为1 360 mm,二维定位平面大小为1 574 mm×1 260 mm,定位误差小于2 mm,定位精度高于0.2%.搭建了相应的大视场二维平面定位系统.实验结果表明,该系统可实现大角度非接触式二维物体的精确动态定位.     

基于激光跟踪测量系统的叶片平整度检测

根据某厂风机叶片平整度的检测项目实例,研究新型三维工业测量系统——激光跟踪仪应用于大型工业产品成果质量的检验.首先运用激光跟踪仪测量待测截面上均匀分布的离散点三维坐标,其次利用最小二乘法计算出离散点的最佳拟合平面,最后计算出各离散点到此平面的距离作为评价的指标,进而确定待截面平整度是否满足设计要求.实践证明激光跟踪测量系统完全满足截面平整度检测亚毫米级精度的要求,对于其它工业产品平整度检测有很好的借鉴意义.     

一种基于目标特征的航天器间相对姿态测量方法

提出了一种基于目标特征的航天器间相对位置和相对姿态单目视觉测量方法。该方法利用目标特征点在物体坐标系中的空间坐标及其在像平面上成像点的图像坐标,根据透视成像理论,采用针孔模型解算出目标航天器与图像传感器的相对状态。提出了一种新的目标靶特征点构型设计方法,该方法适用于较大偏转姿态角的应用环境。仿真结果表明:新的特征点构型适应性好,能提高测量方法精度。该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程中的相对姿态测量。     

单光栅非干涉图像法测量大位移及其地址码的修正

提出非干涉图像法测量物体大位移的方法，即利用两个正交的图像记录系统，在试件作大位移后，记录被平行多光束照射形成的光点所覆盖的试件图像，借助于记录光路系统几何参数，可建立联立方程组．解此方程组，就可得到被测物体上诸光点所表示的测点的位移大小和坐标值．文中还论述了试件图像上测点位置的确定和修正方法，推导了被测物体图像负片上测点的实际坐标的计算公式．实验结果证明，本文提出的测量理论是正确的．     

倾斜超高层建筑室内平面坐标传递精度研究

超高层建筑在施工放样工作中分析轴线控制点平面坐标的精度。对于倾斜超高层建筑高精度的控制点坐标传递,采用全站仪与激光准直仪相结合,在楼层上多次分段转折投测,逐段接力将控制点坐标传递到顶层控制点。在各楼层控制点上用全站仪测量出控制点到轴线控制点之间的边长,计算轴线控制点的坐标,并对其坐标精度进行分析。获得超高层建筑施工放样从控制点到轴线控制点多次分段传递平面坐标的集成方法和采用先进测量设备提高轴线控制点坐标的精度集成方法。为选择不同精度的全站仪和激光准直仪快速、准确分析控制点的误差,为优化施工放样方案、指导超高层建筑或倾斜超高层建筑在楼层上施工放样和变形监测工作提供了一种全面、系统方法。