条纹投射测量标定中摄像机畸变图像的修正

在条纹投射测量系统的标定过程中对摄像机畸变图像进行修正,能有效地提高系统的标定精度。采用改进的Harris算子检测标定板上特征点的亚像素坐标,通过预标定获得特征点空间坐标,并应用BP神经网络技术校正畸变图像。仿真实验表明该方法能简单有效地提高了标定系统的精度。     

基于数字相移条纹投影技术的结构光系统标定

在结构光三维测量中,摄像机和投影仪的标定是关键技术之一,直接影响着系统的测量精度.提出一种对几何结构没有严格要求的结构光系统标定方法,减小了对系统的结构约束要求,平台搭建方便,摄像机和投影机可以根据需要的条纹图像随意放置,操作简单,实现对被测物体的三维测量与重构.仿真和实验证实了该方法的有效性和正确性.     

一种结合 TCP 标定的深度相机手眼标定方法

手眼标定是机器人实现视觉引导下精准作业中的关键技术。传统手眼标定和机器人工具中心点(TCP)标定分开进行,存在较大累积误差,同时针对深度相机的手眼标定存在精度不足的缺点。本文提出了一种结合TCP标定过程同步标定深度相机手眼关系的新方法。方法基于深度相机观测和TCP标定相同的标定平面,相机坐标系下标定平面方程和机械臂坐标系下标定平面方程为对应关系,通过平面方程之间的变换来计算手眼关系。本文方法减少了TCP和手眼关系独立标定累积误差影响,节约标定时间和标定件成本。仿真和实测结果表明,本文方法提高了深度相机手眼标定精度,标定后实测位置误差平均为0.2 mm,为机器人视觉控制系统高精度作业所需标定提供了一种新的思路。     

基于彩色条纹投影术的三维形貌测量

物体表面三维形貌数据的获取在智能制造、航空航天、文物保护、医疗卫生、远程教育等领域有着广泛的应用。三维形貌数据的获取受限于系统硬件的性能,特别是现有数字投影系统的投影速度,无法快速测得物体面形的三维形貌。彩色成像和投影系统的出现,为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向。详细综述了基于彩色条纹投影术的三维形貌数据测量研究的现状。具体包括彩色条纹投影术的基本原理、彩色条纹调制和解调相关技术、三维成像系统的标定、以及未来的研究方向。接着给出几个利用彩色条纹投影术获取物体表面三维形貌和彩色纹理的实例。为彩色条纹投影术测量物体表面三维形貌数据提供了详尽的综述,并指明了未来潜在的研究新方向。     

基于相位—高度映射的简易条纹投影测量模型和标定方法

针对传统基于几何约束关系的条纹投影测量方法存在标定过程操作复杂、易用性差的问题,提出一种基于相位—高度映射的简易条纹投影测量模型与标定方法。测量模型能够直接建立测量对象表面绝对相位值与空间坐标的映射关系,无需考虑相机和投影仪间的几何约束关系,根据该测量模型提出的标定方法操作简单,无需参考平面、量块或高精度位移台等高精度辅助工具,仅需一块棋盘格标定板即可完成系统标定。基于测量模型搭建的测量系统结构简单、效率高、测量精度高、易用性好。通过仿真和实验验证了该测量模型的有效性。     

单条纹截面轮廓传感器设计与标定

为实现单条纹截面轮廓传感器的设计与标定,建立了单条纹截面轮廓传感器测量物体表面点空间坐标的数学模型,基于此模型分析了单条纹截面轮廓传感器的测量误差,得出了传感器各结构参数与测量误差之间的关系。在综合分析了各结构参数对测量误差的影响的基础上,得出了传感器结构参数设计的依据,并给出了结构参数设计及标定的实例,最后通过实验的方法对传感器的测量精度进行了验证。实验结果表明：深度测量相对误差小于0.3%,重构的复杂表面具有良好的视觉效果。     

单条纹截面轮廓传感器的设计与标定

为实现单条纹截面轮廓传感器的设计与标定,建立了单条纹截面轮廓传感器测量物体表面点空间坐标的数学模型,基于此模型分析了单条纹截面轮廓传感器的测量误差,得出了传感器各结构参数与测量误差之间的关系.在综合分析各结构参数对测量误差的影响的基础上,得出了传感器结构参数设计的依据,并给出了结构参数设计及标定的实例.最后,通过实验的方法对传感器的测量精度进行了验证.实验结果表明:深度测量相对误差＜0.3%,重构的复杂表面具有良好的视觉效果.     

AOI系统定位偏差分析与标定算法

为了补偿AOI(AutomaticOpticalInspection)机械运动偏差,提高检测程序中元件的定位精度,提出了基于多项式插值的元件坐标标定算法。首先,通过一组实验对检测程序中产生元件偏差的原因进行了定量分析。然后,建立了坐标标定模型,并提出了元件偏差补偿算法。即通过建立网格划分模型,并使用标定坐标来对运动偏差进行补偿,以网格为单位利用多项式插值逼近变形函数标定元件坐标。最后,通过在线编程实验,验证了算法的有效性,并综合比较得出了分段线性插值标定为最优标定算法。     

双频投影条纹相位展开方法的改进

为解决双频外差法展开条纹相位中出现跳跃性变化的问题,提出了一种改进方法.首先,根据外差原理计算出条纹级数的小数部分,再由该条纹级数对应频率的光栅条纹的相位主值计算出当前小数部分的实际值.然后,根据相位主值自身误差设置判定阈值,并用该阈值对上述计算值与实际值的差值进行判断.最后,根据判断结果对中间参量的周期次数进行加或减...     

基于干涉条纹的光谱仪光谱标定方法研究

为了在光学相干层析(optical coherence tomography,OCT)系统中实现快速精准标定光谱仪的光谱带宽和确定光谱横坐标的变化规律,提出了用干涉条纹标定光谱带宽和确定波长非线性分布规律,从而实现了光谱仪光谱标定。先用单频激光确定了某一特定波长在CCD中像素点位置,然后根据光程差与干涉光谱周期数之间的关系确定了光谱仪的光谱带宽范围;再运用多项式函数拟合干涉光谱,将光谱强度平滑处理并对干涉条纹的峰值间距做了插值处理。根据峰值间距与波数的比例关系,确定了波长在横坐标的分布规律。两个对照实验结果表明,运用该方法标定的光谱带宽误差在±0.15 nm以内,标定误差优于传统汞灯等标定方法。研究结果表明:光谱横坐标校正后明显提高了系统分辨率和信噪比,因此验证该标定方法是可行的。     

基于光栅投影的多摄像机标定方法

多摄像机是解决结构光测量系统中视场小和自遮挡等问题的有效方案,但同时由于摄像机分布广、无公共视场,存在全局标定困难的问题。提出了一种基于条纹投影的多摄像机标定方法。加入辅助设备投影仪并向视场内投影大幅面的条纹图案,借助相位算法建立起全局相位场,反求景物的投影仪虚拟图像。利用平面靶标标定摄像机的内参和投影仪的外参获取靶标平面的移动信息,进而求解相邻摄像机的位置参数。最后的优化过程中,再根据相位值对相邻摄像机的图像完成亚像素匹配,通过最小化重建偏差对系统参数进行迭代优化。在搭建的多摄像机三维测量系统上进行试验,结果表明本文的多摄像机标定和测量方案切实可行。     

基于双频彩色光栅投影测量不连续物体三维形貌

为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量,提高测量速度, 提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹,由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体,然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像;由低频条纹确定台阶状的物体边缘,高频条纹计算物体的形貌,并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8~12幅图像相比,该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。     

应用条纹投影法测量薄膜反射镜的成形

针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便,测量面形单一等问题,提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法.基于此方法搭建了测量平台,分析推导显示,该方法的测量不确定度＜0.385 μm,该平台的测量不确定度＜4.25 μm.在此平台上对标准球面镜进行了测量,验证了此平台的适用性.最后,对优化控制下的Ф300...     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

大视场远距离视觉测量系统的分步标定

为了克服工程大视场标定精度不高、标靶加工难度大以及现场操作繁琐的问题,本文基于工业近景摄影测量基本原理提出一种大视场多相机内、外参数的分步标定方法。首先,根据相机透视投影模型,在近距离采用小幅面标靶和角锥体法完成相机前截面内参数的解算;然后,在远距离被测空间内布置若干编码标志点,利用多片后方交会原理计算得到相机外参数;最后,对相机内、外参数进行整体光束平差优化,实现精确标定。为验证该方法的可行性和精度,进行了大视场视觉测量实验,测量结果表明本文标定方法的重投影误差小于0.08像素;外场试验实测10 m直升机旋翼总距角的相对误差小于0.1°。该方法可实现相机内参数标定实验室进行、外参数标定外场完成的操作分离。     

激光投射式位移计在线校准方法与系统设计

激光投射式位移计(LDM)是桥梁形变监测的常用传感器,为解决其现场工作状态下的在线校准问题,提出了一种在线比较校准方法。首先,以经过溯源的位移传感器作为参考传感器,在共源随机激励条件下,同步采集RS及待校准激光位移计的现场测量数据;然后,利用基于特征点的分段匹配算法对2传感器数据序列进行匹配,解决因激励源变化和传感器响应特性差异所导致的错位问题,从而获取2传感器对同一输入量的对应测量结果;最后,对匹配后的数据序列进行统计学分析,输出校准结果。依据现场环境,设计并搭建了在线校准模拟系统,并在系统中引入激光干涉仪作为参考数据源,以验证所提方法的有效性。实验结果表明,所提出的在线校准方法与采用激光干涉仪进行同步比较校准的结果高度吻合,且具有在桥梁结构监测现场进行在线校准的可行性。     

Sensor planning system for fringe projection scanning of sheet metal parts

Automatic sensor planning for 3D scanning with structured light scanners is a challenging task. That is true especially in the case of reflective surfaces that are typical for sheet metal parts. This paper describes a new sensor planning system for the automatic generation of scanning positions based on a computer model of the part for digitization of sheet metal parts. Compared to previous studies, visual properties of the scanned parts’ surface can be simulated precisely by application of a reflectance model proposed by Nayar and simplified by Ellenrieder. This model is suitable for materials that are characterized by the combination of diffuse and specular reflections. Results of the scanning that were obtained using an ATOS III Triple Scan fringe projection 3D scanner and a KUKA KR 60 HA industrial robot were compared to the simulation. Results obtained for two test parts show 16 and 26% differences in correspondence of acquired polygonal areas between simulation and scanning.