一种高反射曲面表面缺陷的反射条纹检测方法

针对高反射曲面表面缺陷的检测,提出了一种基于计算机视觉的反射条纹检测方法。该方法根据该表面的高反射性和曲面特性,对曲面反射的照明光源内壁附着条纹的完整性进行检测,从而判断曲面表面是否存在缺陷。反射条纹检测系统由计算机、相机和照明光源组成。实验中,照明光源采用内壁附着同心圆条纹的穹顶漫射光源,相机通过照明光源的观测孔对曲面进行拍摄,将拍摄的黑白条纹图像送至计算机进行判别。实验结果表明,基于本方法的检测装置对某钢球生产厂家直径为0.8 mm的钢球缺陷的有效判别率为96.7%,其中G10等级及以下的钢球均被检出,满足其G10等级钢球的检测需求。本方法能够对高反射曲面表面的常见缺陷进行有效检测和判别。     

反射型立体视觉系统的视差估计和图像复原

根据反射型立体视觉系统的成像特点,提出了一种基于倒谱分析的反射型立体视觉系统视差估计方法,并利用逆滤波原理对反射型立体视觉系统的重影图像进行复原,获得目标场景的清晰图像。反射型立体视觉系统是一种新型单目测距方式,可以实时获取目标场景的重影图像。首先,将图像分割为矩形观测区域小块;然后,对各观测区域块进行倒谱分析,并通过检测倒谱域峰值位置估计图像的重影位移量(即视差),计算目标点的三维空间距离;最后,利用估计的视差构造逆滤波器,对重影图像进行逆滤波复原,获取场景清晰图像。通过真实场景实验验证了本文方法的正确性和有效性,结果表明,本文方法的视差估计结果比自相关法提高了15%~20%,实现了稳定视差估计,复原了场景的清晰图像。     

折反射全景立体成像技术的现状与进展

折反射全景立体成像技术在机器视觉和虚拟现实等领域有着重要的应用。折反射全景立体成像技术是基于折反射全景成像技术对大视场成像,并利用双目视觉原理获取立体信息。文中系统地评述了折反射全景立体成像技术的现状与进展,分析比较了各种技术的优缺点,总结分析了目前折反射全景立体成像技术所存在的主要问题和今后的发展方向。     

面向MEMS构件在线检测和三维外型测量的立体视觉系统

开发了可用于MEMS微制造和微装配过程的一种面向MEMS构件的在线监测和三维外型测量的视觉系统。介绍了该系统的设计、结构、工作原理及实现，并讨论了立体视觉模块的一些关键技术。参考微操作系统的原理，将立体视觉技术引入MEMS构件的检测，实现了由体视显微镜和一个CCD摄像机构建光学系统的三维外型视觉测量系统。实验结果表明，该系统是一种有效的三维检测解决方案。加以少量结构改进，该系统可以用于微制造和微操作过程中对MEMS构件的在线监测和三维外型的视觉测量。     

线激光-立体视觉三维数据获取系统研究

通过将三目立体视觉和线激光扫描传感器两种物体表面三维数据获取设备集成到三坐标测量机(CMM),形成一种新型的反求工程中的数据获取系统,其中由三目立体视觉来获得物体的边界或轮廓信息、线激光扫描传感器获得物体表面的三维数据,利用多传感器的信息融合技术对三维数据进行分割,提取被测物体的几何特征,并在此基础上构建物体模型.采用这种多传感器集成坐标测量系统避免了单一传感器的局限性,从而为非接触测量系统在反求工程中的应用开辟了新的途径.     

基于彩色莫尔条纹的三维轮廓动态测量技术基础研究

(项目资助号:50675174)1项目负责人及所在单位:李兵,西安交通大学2起止年限:2007年1月～2009年12月3项目简介本项目提出了基于彩色莫尔条纹的三维轮廓测量理论和技术,它以自由曲面物体为研究对象,以实现     

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。     

基于结构光视觉系统的三维曲面反求的研究

本文主要通过对结构光视觉系统的研究,描述了逆向工程中三维表面重构技术的基本原理和关键技术,通过MAT-LAB软件实现了曲面的重构;此研究对逆向工程很有意义。     

人工立体视觉仿真系统的建立和应用

为了对人工立体视觉中各个环节进行验证,提出了开发人工立体视觉仿真系统的思路.以开放图形库OpenGL为工具,架设虚拟相机,设置虚拟物体,拍摄虚拟图像,在虚拟的图像上采集数据,并根据数据的相关性进行虚拟物体重建,最后将重建物体与原始物体进行比较,验证整个系统或某测试模块的准确性.应用结果表明,该仿真平台可以用于立体视觉研究中的测试和模拟.     

面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法

为了提高立体视觉结构光三维重建系统的精度,提出了一种面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法,该方法分为误差标定、误差建模和误差补偿三部分。首先,提出一种新的误差标定方法,将立体视觉结构光系统的测量空间划分为离散的特征点并标定了整个空间内特征点的误差;然后,提出了基于神经网络的误差建模方法,建立起该空间的误差模型;最后,提出了适用于立体视觉结构光系统的点云误差补偿方法,将建立的误差模型用于误差补偿。实验表明文章提出的误差补偿方法平均减少了51.96%的直径误差和14.16%的球心距误差,精度提升效果明显。从而,验证了该算法的有效性和可行性。     

采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统。介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求;引入了立体视觉辅助测量系统,建立了通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01°,可为优化拼接算法提供一个有效的初始值,该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠。     

Stereo vision for 3D measurement: accuracy analysis, calibration and industrial applications

This paper evaluates the accuracy of different camera calibration and measurement methods used in 3D stereo vision with CCD cameras. These methods are evaluated by means of several precision tests, determining their error limits under specified conditions of operation. To check the precision of such systems, a CMM and some calibration objects, such as grids, plates, spheres, etc. are used. Two practical applications are described: a cost-effective system for the measurement of free-form surfaces, able to generate CAD models and measuring programs for CMMs. The system aims to reduce some difficulties associated with stereo vision and to speed up the traditional digitizing process. The other application involves car frame measurement. A new automatic measuring system has been developed, allowing contactless car frame measurement through two rotating CCD cameras.     

采用立体视觉的子孔径拼接测量工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统,对该系统的数学模型、测量原理以及基于四元数法的位姿变换矩阵求取方法进行了研究。首先,介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,并基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求,接着引入了立体视觉辅助测量系统,建立了其通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01度,能够给优化拼接算法提供一个有效的初始值,且该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且在其视场范围内不产生误差累积,方法简单实用,稳定可靠。     

基于计算机视觉的人体脊柱轮廓测量的研究

在脊柱变形检查和人体工程学的研究中,人体脊柱轮廓的测量十分重要。通常情况下,脊柱轮廓的测量是通过放射线检查实现的,而这些检查伴随着对身体有害的放射性侵入。因此,本文提出一种定量客观的计算机视觉测量方法,实现对人体脊柱轮廓的测量。该方法使用立体视觉和彩色标记。红、绿、蓝三种颜色的标记顺序地从上到下贴到脊柱隆起处。由于标记和皮肤间的颜色差异非常显著,标记的位置很容易从背景中抽取出来。这样,两台摄像机拍摄的两幅图像中的对应像素就很容易地找到了,进而实现脊柱轮廓的三维测量。根据提出的方法,设计并实现的测量传感器和相应的算法。实验结果表明,本文的方法可以很好地实现人体脊柱轮廓的测量。     

Carrier fringe analysis algorithms for three degree of freedom optical probing

In this work, we present a fiber-delivered and fiber-detected, 3-DOF optical probe concept for measuring optical components to be used in conjunction with an optical coordinate measuring machine (OCMM). The optical probe uses a Michelson interferometer to produce carrier fringes and a high density fiber bundle to transmit interferograms that are recorded away from the probe head in a remote imaging system. We compare several different signal FFT processing techniques (parabolic interpolation, windowing, and zero padding) and a single-bin DFT technique to compute and enhance the resolution of the displacement, tip, and tilt of a moving mirror. We simulated varying signal-to-noise ratios and interference fringe contrast ranges to determine the algorithms’ sensitivity to those parameters and compare our simulated values to measured SNR and fringe values. Based on this work, it should be possible to use a carrier fringe algorithm for fiber probing applications if the interferogram can be transmitted through the fiber bundle with sufficient contrast (40%) and SNR (30 dB).     

相移光栅轮廓术的便携式三维测量系统

为了实现自由曲面对象的三维形貌测量,搭建了便携式三维视觉测量系统。采用双目立体视觉与相移光栅结合的方式实现了完整三维轮廓数据测量并对系统涉及的主要算法进行了分析。首先,结合双目立体视觉、相位测量术和多频外差法计算出单视局部数据点;然后,使用辅助靶标实现多视数据的初始拼接;最后,对测量数据进行噪声滤除、优化拼接和冗余点滤除等操作,从而获得完整测量数据。通过实验验证了系统的可行性和测量精度,结果表明:系统的测量精度约为0.04mm,单视测量和计算时间约为10s,两邻视间的数据处理与完整拼接耗时约为20s。实验显示该系统能够较快速、完整、高精度地获取物体的三维数据,基本满足一般测量对象的应用需求。     

双目立体视觉中摄像机标定技术的研究

提出了一种介于传统标定和自标定的内外参数标定分离的方法。摄像机内部参数以透视成像模型为基础,用物理方法来提取;外参数标定时合理选取参考坐标系,通过实验分析求取两摄像头的外参数模型。该算法简单易懂,计算速度快,所需设备简单,实用性好。     

概念设计平台中的摄像机标定方法

提出了一个基于增强现实技术的概念设计平台原型系统,应用双目立体视觉的方法,实现对油泥模型和雕塑刀具的跟踪.本文基于平面标志物进行标定的方法,对原型系统中的CCD进行了标定,获得了正确的摄像机参数.实验结果表明,该系统中使用的镜头存在严重的非线形畸变,通过对镜头进行校正的方法,获得了无畸变的理想图像.     

一种基于重投影和3D-DIC的曲面变形测量方法

传统双目立体视觉测量基于立体校正进行三维重建,测量精度受标定参数精度、插值精度以及双目传感器结构的影响很大。 在进行曲面尤其是大曲率 ROI 变形测量时,立体校正过程会导致立体图像对中不均匀变形信息的损失或者过度拟合,进而影响测量精度。 为此,本文发展了一种基于重投影和 3D-DIC,适用于曲面变形测量的无需立体校正或外极几何约束校正的高精度立体匹配方法。 同时,这种方法也可推广用于含有不均匀变形的时序图像对的高精度匹配。 具体地,本文提出了二阶变形参数初值估计方法,二阶变形参数初值生长匹配策略,全局立体匹配和时序匹配策略;进一步,给出了不依赖于立体校正和极线校正的特征点三维重建方法,全局变形场及局部应变场的计算方法。 实验证明本文所提方法可实现一定曲率曲面的高精度变形测量,测量系统在一定景深内能够实现小于 1 μm 的平均测量误差。