基于非参数相机标定的位移在线检测系统

物体受外力作用时因发生位移变形而导致结构损坏。针对该问题,以双目视觉原理建立物体三维数学模型,研究相机标定和特征提取,完成特征匹配,恢复标识点三维几何信息,得到物体位移。由于传统的相机标定法在常规尺寸应用中精度较高,一旦超出视场范围其测量精度迅速降低,不适于大视场测量,因此引入一种针对大视场测量的非参数相机标定法,并建立基于非参数的成像模型。通过在不同环境下分别对2种标定方法进行精度对比实验,结果表明,非参数相机标定法比传统的参数相机标定法精度提高约72.5%,且稳定性好,可满足物体位移测量的需求。     

双目视觉风洞测量系统实现的关键技术研究

为了实现高温风洞内防热材料动态烧蚀变形的高精度测量,设计了由主动投射线结构激光、移动高速相机平台和同步控制系统组成的双目同步采集测量软硬件系统。重点研究了对双目视觉测量系统精度和速度影响重大的相机标定、相机同步、图像纹理特征匹配等一系列关键问题。提出了工程上实用的标定方法和准则;基于线结构光主动投射和高速相机,将传统图像幅面特征匹配约束到特征线匹配上来,降低了匹配难度;使用局部搜索改进了传统灰度重心法,不仅加快了线结构光光条中心线的提取速度,同时过滤了部分杂光干扰,提升了图像质量。基于上述方法实现的高速同步触发的双目测量系统目前实现了对常温物体的精确测量,在工况为：待测物距为1 200 mm-1 500 mm,扫描幅面为200mm×200 mm,扫描间隔精度为1 mm时,完成一次扫描用时1 s,距离精度为±1 mm,且残差呈正态分布。     

快速非接触三维形貌测量系统标定方法改进

快速非接触三维形貌测量系统采用可移动式结构,利用先进的非接触光机电一体测试手段,并运用现代图像采集和处理技术对三维物体进行扫描测量,高效率地获取物体表面的三维轮廓信息.为了保证检测精度,必须研究栅线节距的修正以及坐标系统及几何参数的标定问题.     

激光线扫式形貌测量机器人的标定研究

为能够高效、高精度的获取大型自由曲面物体的形貌,研究了基于通用工业机器人和激光线扫描传感器的测量方法。论述了激光线扫式形貌测量系统的原理与结构,利用标准球及优化算法实现了机器人和激光扫描传感器位姿关系的精确解算,并针对机器人运动学误差对系统测量影响较大,通过对机器人运动学参数的修正有效减小了机器人的绝对定位误差。实验和分析结果表明,经标定和运动学参数校正后的测量系统对标准球的测量能达到较高精度,为采集高精度三维点云提供了保证。     

基于立体视觉的高精度标定与测量方法

立体视觉测量系统中,光学系统产生的畸变使目标的成像偏离了理论成像点,导致系统产生测量误差。针对提高系统测量精度的问题,提出一种基于立体视觉的测量方法。首先,根据标定板上各角点的像素分辨率,拟合整个成像平面的四次多项式,且多项式的系数与物体到相机的距离成比例;然后,应用双目测距原理,测量被测物体的纵向距离;最后,基于所得的多项式,应用单目相机测量待测物体的横向尺寸。实验结果表明,对于所提方法,当物体距离相机5 m以内时,其纵向距离误差可以减小到5%以内;当物体距离相机1 m时,其横向宽度测量误差在0.5 mm内,逼近理论最高分辨率。     

近景大视场角分区域标定方法研究

针对飞行试验测量视场大相机标定精度低的问题,提出一种高精度CCD相机分区域标定方法。该方法首先通过将标靶均匀布置在摄像机视场内,使得标靶尽可能均匀错落地充满整个视场范围,再结合人眼判读的方式求解靶标的像面位置,最终与全站仪三维坐标形成精确的空间标定点集。接着,将像平面按横向方向等间距分割成Ｎ个区域,并结合后方交会的方法分别对每个子区域进行相机参数的计算。实验结果表明：经过分区域标定,相机采集点的总误差比单区域标定法降低了4％(Ｎ＝3)。算法可实现指定区域的相机参数计算,基本满足中高等精度的工业测量要求。所本文研究可应用于位置相对固定不变的工业视觉测量,特别是大工件测量领域。     

线结构光扫描传感器结构参数一体化标定

为了精确快捷地标定线结构光扫描传感器的结构参数,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想结合L-M非线性优化算法能快速精确地完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点完成对线结构光平面精确标定。文章还介绍了如何获取激光交点以及精确提取交点坐标的方法,通过设计相关实验验证了本文方法的可行性,使系统精度优于24μm,能满足实际测量要求。     

激光传感器扫描边缘系统定位方法研究

非接触式齿轮倒角测量系统物体坐标系与运动平台坐标系的系统定位是通过人工控制XY移动平台携带激光传感器运动使激光点投射到棋盘格左下角点,该方法存在一定的人为误差,增加了齿轮倒角测量的系统误差[1].提出用激光位移传感器扫描测量标定板右侧和下侧边缘突变点位置坐标来确定标定板右下角点位置坐标信息,棋盘格有效区域左下角点与标定板右下角点间的距离已知,控制XY二维运动平台运动,使激光点投射到棋盘格有效区域左下角点的位置,完成系统定位.     

双目视觉测量传感器研究

研究了按照激光三角测量原理由 1个线激光器及 2个CCD摄像机组成的双目视觉测量传感器。探讨了 2个CCD摄像机的摆放位置及其对测量精度的影响,确定了其几何参数。在此基础上,论述了其工作过程,包括其标定方法、标定过程、扫描图像采集、特征提取、特征匹配及三维数据生成。该双目视觉测量传感器配合扫描机构(如三坐标测量机 )即可对物体进行非接触式三维激光扫描测量,其测量速度快,精度比较高,可以应用于逆向工程领域。     

视觉里程计中的相机姿态和高度实时测量方法

在视觉里程计的应用中,实时准确的获得相机姿态和高度数据有助于提高视觉定位的精度.而现有解决方案要么成本过高,要么精度无法满足要求,为此提出了基于路面激光扫描的相机外参数实时测量方法.该方法将两台二维激光扫描仪相互正交安装且向下扫描,对获得的沿着两个方向的路面扫描线使用RANSAC算法估计出直线方程,根据两直线方程求得道路平面方程,并以该平面为参考获得相机相对路面的姿态和高度数据.室内实验结果表明:静态条件下对姿态的测量误差最大约0.1°,高度测量误差最大6 mm;室外动态实验结果表明:与传统的惯性测量方法不同,相机外参数测量结果不受车辆加减速运动的影响,且其动态姿态测量精度明显高于精度为1°的惯性测量系统.由于该方法获得的姿态和高度数据是以道路平面为参考基准,尤其适用于单目视觉里程计中以辅助提高定位精度.     

基于激光三角法的传感器设计

介绍了一种基于激光三角法原理的光学传感器的设计.该传感器由CCD摄像机和激光器组成,主要用于测量路面的平整度.实验结果得出的最初原形显示此传感器在竖直方向的测量范围可达到1 100 mm,横向测量范围达1 300 mm.横向平均绝对误差约为0.05 mm;纵向平均绝对误差约为0.08mm.这种传感器具有测量范围大,精度高,且能工作于条件苛刻的环境等优点.     

激光三角法在物面倾斜时的测量误差研究

相比传统的触针式测量,激光位移传感器因其高精度和非接触式测量的优点,在机械工程中已广泛使用。鉴于激光三角法的设计原理,当工件产生倾斜角时,激光位移传感器会产生误差。通过激光位移传感器、精密电移台、精密旋转台构建了实验测量系统,对测量数据使用Matlab进行分析,所用电移台的重复精度小于5μm,测得了不同倾斜角度下激光传感器的误差,用最小二乘法拟合进行了误差补偿。实验证明：误差标定后,激光传感器在测量倾斜物面时仍能保证高精度。     

基于PTZ相机的激光远程除冰视觉测距技术研究

介绍了一种基于PTZ (Pan/Tilt/Zoom)相机的测量范围可调的激光三角测距新方法,利用VS2015和OpenCV,设计实现了针对大型户外目标的激光远程除冰视觉测距系统,通过自行开发的软件进行相机云台PTZ运动控制及激光光斑识别定位,并借助PTZ相机水平360°全角度旋转、垂直90°翻转及23倍光学变倍能力,实现了40 m范围内不同位置目标的距离测量;测距实验结果表明,系统测量误差在Zoom=3倍时不大于54 mm,在Zoom=5倍时不大于27 mm,在Zoom=10倍时不大于19 mm,在Zoom=15倍时不大于15 mm,在Zoom-20倍时不大于11 mm,测量误差随测量距离的增大而增大、随镜头变倍值的增大而减小.     

暗环境下利用改良聚光灯测距的方法

针对传统的基于激光和传感器测距方式复杂和昂贵的缺点,提出了一种利用改良聚光灯的测距方法。该方法根据暗环境的特点,使用透镜改良聚光灯产生边缘效果好的光斑;变化的阈值实现对图像中的区域分割,利用环形质心接近的方法确定白光照射的焦点位置,利用三角方法实现测距。经实验验证,该方法区别于使用激光等测距,可以快速地处理复杂背景下的精度要求不高的测距任务,还可以为摄像头提供光源来获取颜色、细节等图像信息。     

光学测量传感器的设计与分析

在非接触式检测技术中,基于主动视觉检测技术的光学测量传感器因能快速给出准确的结果而被广泛应用。这里设计的是一种基于激光三角法原理的光学测量传感器。该传感器由CCD摄像机和激光器组成,主要用于测量路面面型的整体情况。实验结果表明,此传感器在竖直方向的测量范围可达到1100mm,横向测量范围可达到1300mm;横向平均绝对误差约为0．05mm,最大绝对误差约为0．09mm;纵向平均绝对误差约为0．08mm,最大绝对误差约为0-2mm。     

激光三角法测距传感器的参数优化

为了使激光三角测距传感器适应漫反射较弱的光滑被测表面,提高测量精度,分析了工作角取值对漫反射光采集的影响,以及成像系统参考点处垂轴放大率与光学分辨率的关系,对传感器的结构参数进行了优化.实验结果表明:对于表面粗糙度Ra小于0.8μm的被测面,工作角取值不应大于40°以保证成像质量;在成像良好的情况下,参考点的垂轴放大率越大,系统测量精度越高,实验系统在60 mm工作距下测量误差小于5μm.     

基于聚类分析的精密零件测量方法

针对目前大型精密零件自动化测量和自动化装配的迫切需求,提出一种精密零件轮廓自动化测量方法;首先利用激光跟踪仪建立全局坐标系,基于世界统一法对多个相机坐标系进行全局标定;采用像素点聚类的方式、漫水填充法等图像处理方法对存在重影以及环境光的激光光条中心进行精确提取,利用统计滤波方法对三维数据点云进行杂点的去除,结合粗匹配和精细匹配方法对多组相机下的激光光条进行三维空间点云融合,移动产品,对精密零件进行全产品扫描,最后,借助于射线法对精密零件轮廓进行超差预警;实验表明,该方法对大型零部件产品的测量误差标准差为0.25 mm,15 min可以完成20 m长的大型零部件产品的测量与分析,足够满足现有大型精密复杂产品的装配需求,突破了现有技术瓶颈,可以对精密零件轮廓进行快速精确三维重构,并且可以计算精密零件产品的结构化参数。     

基于WMPS的飞机大部件对接测控技术

现有的飞机大部件对接系统主要利用激光跟踪仪对部件位姿进行测量定位,可以达到较高精度.但由于激光跟踪仪每次只能测量一个靶球,故在效率上满足不了对接需求.工作空间测量定位系统(WMPS,Workspace Measuring and Positioning System)作为一种新型的、采用光平面交会原理的大尺寸三维坐标测量系统,具有测量精度高、测量效率高、测量范围大等特点,在大尺寸数字化测量及装配等领域具有重要应用价值.提出了一种基于wMPS系统进行飞机大部件对接的测控技术,能够同时满足对接过程中测量精度和测量效率的要求.     

用于空中加油的激光测距与双目视觉融合算法

依据空中加油自动对接阶段的高精密测量需求,设计了双目视觉与激光测距融合的测量系统。分别分析了双目视觉与激光测距的误差和系统实时性,采用二维摆镜结合激光测距机测距,解决多传感器融合的时滞问题。并提出数据融合算法,利用双目视觉粗测的三维信息,调整摆镜使激光测距机精测距离,依据光路进一步修正该距离值,再依据空间几何关系修正双目视觉光轴方向的测量值,从而获取高精度的三维信息。多次试验结果表明:设计的融合算法能够使测量精度提升到10 mm/20 m,极大提高了自动对接的可靠性,为空中加油自动对接提供了一种新的高精度测量方法。     

基于双目视觉的缺陷药片检测

传统基于机器视觉的药片缺陷检测方法中,药片图像多为单摄像机从药片的正上方进行拍摄,该方法难以对上下表面间断裂以及厚度不合格的药片进行有效的检测,该类缺陷药片在厚度上与标准药片可能存在着一定的差值。针对这种情况,本文提出一种基于双目视觉的药片厚度检测方法。该方法将双目摄像机放置于药片正上方,并采集药片图像,采用Canny算子提取图像中药片的边缘特征进行立体匹配,利用双目视觉的三角测距原理计算药片的视差,根据视差计算药片的深度信息,计算标准药片和缺陷药片的深度差,检测出存在厚度缺陷的药片。实验测量结果精度达到0.1 mm,具有较高的检测精度,满足检测的精度要求,表明该方法具有较好的适用性和可靠性。