基于共面参照物的多立体视觉传感器标定方法

提出了基于共面标定参照物结合双电子经纬仪标定多个立体视觉传感器的方法,该方法允许共面标定参照物在测量空间内自由移动,以经纬仪坐标系为中介,利用双电子经纬仪测量不同位置共面参照物上不共线的标定特征点在经纬仪坐标系下的精确的三维坐标,建立共面参照物上所有特征点和经纬仪坐标系的转换关系,构建三维标定特征点,在现场对多个视觉传感器进行标定,保证了测量状态与标定状态完全一致.该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,提高了立体视觉传感器的标定精度.实验结果表明,该方法切实可行.     

一种基于视觉引导的激光经纬仪自动测量系统

为了实现对目标自动识别和自动测量,建立了一种基于视觉引导的新型激光经纬仪自动测量系统.利用两台TM5100a激光经纬仪作为精密角度传感器,采用二维精密转台带动相机代替人眼对被测区域进行扫描,引导经纬仪望远镜指向相机视场,进而对视场中的目标点进行识别和瞄准测量.对系统的自动视觉引导方法进行了研究.首先通过对精密转台和双经...     

基于双目视觉的机器人引导系统研究

随着智能制造技术的快速发展,汽车制造也已逐步向少人化、无人化方向发展,而视觉技术的应用更是加快了汽车生产线无人化的进程。对双目视觉进行研究,相机平行布置并安装在机器人末端。通过以太网分别获取左右相机二维图像并上传到上位机,使用特征提取算法提取标定板上特征点的像素坐标导入标定模型计算出双目相机内外参数并生成相应的图像矫正矩阵,利用矫正矩阵分别矫正左右相机二维图像以消除镜头畸变;使用图像去噪、图像二值化化、特征提取、极线约束及模板匹配算法,计算出零件上特征点在左右图像上的视差,采用双目视差测距原理,计算特征点在相机坐标系下的三维坐标。通过眼在手上的手眼标定方式标定出相机坐标系到机器人工具坐标系的旋转矩阵,采用SVD奇异值分解算法计算模型坐标系到目标零件坐标系的偏移矩阵,通过坐标系变换算法将零件的偏移矩阵转换为机器人工具坐标系的偏移,再使用TCP/IP以太网通讯发送偏移量给机器人,从而实现机器人引导定位功能。测试结果表明,该双目视觉引导系统可满足基本的零件定位需求。     

基于图像的模拟相机标定方法的研究

从光学测量角度出发,结合计算机主动视觉中的相机标定方法及数字图像处理技术,提出了一种CCD摄像系统畸变校正方法.该法通过使用经纬仪,不需相机做任何运动就能实现全过程的标定.该方法在摄像机模型中全面考虑了镜头的径向畸变,利用图像中心附近点畸变量较小的性质,用中心附近点和全场视点对摄像机内部参数和像差修正参数进行标定,最后由最小二乘法得到摄像系统畸变模型的畸变系数,解决了CCD摄像系统的畸变校正问题.与传统的相机标定不同,畸变校正中仅标定数字图像中像素间距和相机焦距.该法运用了亚像素细分算法,提高了测试系统的精度,是一种简单、有效、实用的标定法.     

基于视觉引导的激光全站仪精确测量方法

为了降低制造成本和提高测量效率,提出了基于视 觉引导的激光全站仪测量系统。此系统由非正交激光全站仪和一台变焦相机组成。介绍了此 系统的结构设计,分析了基于视觉的精确引导策略,最后通过与激光跟踪仪的对比测量实验 ,验证了该测量系统方法简单有效,并有毫米级的测量精度。在 隧道、建筑与室内等空间测量方面有很高的实用价值。     

坐标测量机上红宝石轴承视觉自动定位系统

坐标测量机中传统的间接定位方法对微小特征定位不够精确,为了提高微小特征的定位精度,采用机器视觉技术对微小特征本身直接定位的方法,进行了理论分析和实验验证。根据红宝石轴承材料的光学特性,设计了视觉自动定位系统,通过图像算法提取轴承内孔的图像中心,并使用测量机的测针端部作为靶标对相机进行标定,取得了相机图像坐标系与测量机坐标系的转换系数数据。结果表明,该系统的定位精度达到0.01mm,这一结果对提高微小特征的定位精度是有帮助的。     

基于双目视觉的受电弓碳滑板磨耗检测

将数字图像处理技术和机器视觉应用于受电弓碳滑板磨耗测量,是碳滑板磨耗测量的主要发展方向,文章提出了一种基于双目视觉的受电弓碳滑板磨耗检测方法。该算法首先对双目测量系统进行相机标定,得到双目相机的标定矩阵,然后对双目相机采集得到的碳滑板图像进行边缘提取,利用标定矩阵计算得到两个相机中碳滑板边缘点的对应关系,最后利用对应点计算出碳滑板边缘点的实际空间坐标,从而计算出碳滑板的厚度值。实验及数据处理结果表明：系统的测量误差较小,且此系统安装方便,受外界因素的影响较小。     

面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。     

一种基于双目视觉原理的距离测量系统的设计

主要研究一种基于双目立体视觉原理测量图像中物体距离的算法,要实现的目标是采用双摄像头从不同视点拍摄目标物体,投影得到两幅双目图像,用图像处理的方法先提取出需要的信息,进行特征识别,然后利用同一目标在不同投影图像上的成像差异进行立体匹配,并通过视觉算法计算被测物体的距离。由于测量的距离远大于摄像机之间的基线距离,所以传统意义上的双目测距系统近似认为两个摄像机的光轴是平行,但是实际上两光轴是必然相交的,所以文章结合实际,考虑两光轴相交,以达到提高距离测量精确度的目的,系统的主要流程包括图像获取、摄像机标定、角点检测、特征识别、立体匹配、距离计算等几个方面。     

基于光栅投影测量改进的类双目系统标定方法

系统标定是光栅投影测量系统中的关键一步。将投影仪看成相机的类双目系统标定方法具有操作简单、精度高、可靠性强的优势。在此系统标定方法的基础上,提出一种提高测量系统精度的系统标定方法。根据提取的标定板上圆标识的圆心坐标,利用计算机生成含有相对应十字标识的图像,用于相机标定,可避免圆标识轮廓对角点提取的影响,从而提高相机标定精度。同时,推导快速求取投影仪伽马的表达式用于相位校正,可建立投影仪像素与相机像素精确的对应关系,从而提高投影仪标定精度。结合投影仪和相机的标定结果,建立统一的世界坐标系完成整体系统的标定。实验结果表明:采用上述标定方法,可将投影仪和相机标定精度分别达到0.25 pixel和0.15 pixel;同时测量了一个长方体,精度达到0.142 7 mm。     

大尺寸视觉测量系统结构参数分析与试验研究

研究了基于大尺寸视觉测量系统的结构参数优化问题,图像传感器CCD外部姿态的优化布局可以提高测量精度。建立双目视觉测量系统结构的数学模型,对有效视场约束条件进行了数学描述。利用Matlab软件对不同结构参数进行仿真计算,结果表明被测点越靠近有效视场中心测量误差越小,而基线距越大以及基线与光轴夹角越大所产生的误差越大。最后,通过试验验证了摄像机外部姿态的误差影响特征正确性,从而为双目视觉测量系统的现场布置方法提供了依据。     

基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

非正交轴系激光经纬仪测量技术研究

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛。为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统。首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型。然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标。最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性。结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量。     

激光跟踪视觉导引测量中靶标球球心定位方法

为解决现有激光跟踪测量系统中存在的搜索区域大、定位速度慢等问题,提出了一种基于单目视觉测量系统求解激光跟踪仪靶标球球心三维坐标,以此作为导引信息,引导单台激光跟踪仪实现多基准点自动测量的方法。对视觉测量所采用的椭圆识别和基于单目摄像机的球心定位算法进行了研究。首先,根据靶标球成像的特点,介绍了基于Gestalt的椭圆识别算法,实现了靶标球图像特征的自动提取与识别。然后,介绍了基于单目摄像机的球心定位算法,即根据图像椭圆方程、相机焦距和球半径求解球心三维坐标,并进行了仿真验证。最后,进行了实际的靶标球图像自动识别与球心定位实验。结果表明,采用文中方法测量两靶标球间已知距离约为550 mm时的RMS误差为1.728 2 mm。激光跟踪仪激光束搜索范围得到大幅减小,基本满足自动测量的快速性和高效性等要求。     

机载光电平台自主引导精度分析

航空侦察是为获取敌情、地形和有关作战情报而采取的重要手段,各种电磁信号侦察、光电信号侦察在同一飞机平台的应用越来越广泛,电磁信号侦察以及地面其他系统发现目标后,通过目标的位置信息引导光电侦察系统对目标进行搜索、跟踪、查证的应用也越来越多.当机载光电平台接收到目标的坐标值后,自行接收GPS和惯导信息,并实时解算出被测目标在光电平台坐标系下的方位角和俯仰角,引导目标进入光学载荷视场内,并用图像视频跟踪的方法捕获和跟踪目标.针对飞机平台对地面固定目标或者运动目标的引导进行研究,将目标点坐标从大地坐标系转换到光电平台载机坐标系,并建立自主引导测量方程,利用蒙特卡罗统计的方法分析自主引导测量方程中各个误差因素对最终引导精度的影响,针对如何提高引导精度提出了一些建议.并在某光电平台上进行飞行试验验证,目标均能很好地进入跟踪视场内,完成捕获、跟踪功能.     

基于视觉引导的陶瓷瓶口定位机器人设计

为了将视觉系统送入器皿瓷内部采集内表面图像,设计了一种门式三自由度直角坐标的陶瓷瓶口定位机器人。介绍了机器人的功能体系和硬件构成,研究了基于视觉原理引导机器人定位运动的实现方法：由CMOS相机拍摄瓶口图像,经过处理后拟合出瓶口外环圆,求取圆心坐标。以该坐标为目标位置,引导机器人XY轴作水平运动,将Z轴定位到瓶口中心。实验结果表明,机器人能快速、准确地获取瓶口图像和定位瓶口中心,为机器视觉应用在器皿瓷内表面的缺陷检测奠定了研究基础。     

基于红外相机积分时间的辐射特性测量精度分析

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。     

智能三坐标测量机视觉系统的在线标定技术

提出了智能三坐标测量机视觉系统的在线标定技术。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿x、y、z轴移动和正交精度都很高的特点,三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在x、y、z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标。引入测头坐标系,建立了该项标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。智能三坐标测量机视觉参数在线标定系统与专用标定系统的比对标定精度在±1μm以内,完全满足工程实际精度要求。