采用LCD投影实现三维曲面测量技术研究

本文研究了采用LCD光栅投影形成结构光的立体视觉传感器进行三维曲面测量的方案。通过LCD光栅编码,投射规则的序列图案到被测曲面,实现被测曲面上点的空间编码,然后对投影点由粗到细进行匹配,从而获得高精度空间匹配点,经过标定的传感器即可计算出空间匹配点的三维坐标,从而完成曲面测量。由于LCD投影图案易于控制,速度快,定位精度高,机械结构简单,所以该方案测量速度快,同时可获得较高的测量精度。     

基于三激光点标靶的掘进机机身视觉定位技术研究

针对煤矿井下低照度、非均匀粉尘环境中掘进机机身位姿测量不稳定的问题,提出了一种以 3 个激光光斑为点特征的 掘进机机身位姿视觉测量技术。 根据激光穿透性强的特性,对防爆工业相机采集的激光标靶图像进行处理,通过光斑区域的最 小内接矩形和椭圆拟合相结合,获取 3 个激光指向仪的光斑点特征,并采用 P3P 单目视觉定位算法,通过空间坐标矩阵变换计 算出掘进机机身的空间位姿。 根据掘进机机身位姿测量实验表明,在粉尘和杂光的影响下,采用该方法获得的掘进机机身位置 信息的误差均在 30 mm 以内,姿态误差均在 0. 5°以内,且保证了在杂光、粉尘和水雾等复杂背景下激光光斑点精确提取与机身 位姿的稳定测量,基本满足巷道掘进施工精度要求。     

单目视觉里程计位姿解算质量评估因素分析

近年来，弹性PNT和综合PNT不断发展，多源传感器的弹性融合机制受到广泛关注。针对多源组合导航中视觉传感器的测量精度和可靠性受环境影响大，对精度的影响程度难以单独评估等问题，通过研究单目视觉里程计位姿解算质量的评估因素，体现多源传感器融合系统中视觉传感器的测量质量，提出基于李代数推导的反应空间点构型对相机位姿恢复精度影响的精度衰减因子Visual-DOP,设计了单目视觉里程计位姿解算质量评估算法，并在视觉里程计权威数据集KITTI上做了验证，通过控制变量的方法解耦每一个评估因素与定位定姿精度的关系，结果显示采用的位姿解算质量评估因素能够正确反应单目视觉里程计的导航精度受视觉测量质量的影响程度。     

多摄像机标定技术研究

摄像机标定是获得世界坐标系中三维点坐标与其摄像机坐标下二维点坐标对应关系的过程,是三维视频监控重建系统的重要环节。传统标定方法,针对一台摄像机,没有考虑多摄像机的应用情况。本文利用传统单摄像机标定方法以及多摄像机具有公共可视平面进行多摄像机标定,使多摄像机标定不再是独立的完成,提高了标定的稳定性和准确性。实验中,利用摄像机公共可视平面的标定板进行标定,通过像素误差来验证实验结果。     

一种基于面结构光的刀具三维测量系统

提出一种基于面结构光的刀具三维测量系统。该系统由计算机、CCD摄像机、投影仪以及刀具转台组成。采用多频外差相移法对刀具包裹相位进行展开,并得出刀具的绝对相位。基于张正友标定法,提出采用50%灰度棋盘格和黑白棋盘格对CCD摄像机-投影仪标定的方法。在系统标定的基础上对刀具进行三维测量实验,得出刀具的三维点云,并重建出刀具的三维模型。实验结果表明,该系统能够准确的对刀具进行三维测量,为其他复杂刀具的测量奠定基础。     

基于单目视觉的平面测量

针对平面上目标的定位及长度测量等问题,提出了一种基于单目视觉测量平面上物体位置的方法,并讨论了标定点的选取原则。在被测目标所在平面上放置平面靶标,在平面靶标上选取标定点,通过最小二乘法求取模型参数,实现单目视觉测量模型的标定。利用标定出的模型参数,根据目标的图像坐标计算出其平面坐标位置,从而实现目标的定位及长度测量。标定点个数至少为4个,并且标定点需满足特定的位置关系。实验中测得目标长度的相对误差小于0.3%,验证了该方法的有效性。     

基于ORB算法的双目视觉定位

双目立体视觉系统通过模拟人的双眼来获取三维世界的深度信息,该系统主要由摄像机标定、特征点提取、特征点匹配、三维坐标求取等4个模块组成.对于传统算法特征点提取速度与特征匹配不能满足实时性的要求,提出了基于ORB算法的双目视觉目标定位.该算法通过在Brief描述子上加入了旋转矩阵,使算法具备了旋转不变性以及有着很大的效率提升.实验结果表明,该算法特征点提取与匹配速度有着一个数量级以上的提高,大大增加了在双目视觉系统下的实时性.     

基于彩色结构光三维视觉系统的三维测量技术

本文在总结了传统的结构光测量方法的基础上,介绍了一种新颖的结构光三维测量方法,即基于颜色编码的结构光三维重建方法.本文首先介绍了结构光系统的士要组成,主要包括一个用来拍摄场景的摄像机和一个用来投射具有一定信息的彩色条纹结构光的投影仪.本文阐述了摄像机数学模型和投影仪数学模型,并在此基础上提出了一种简单易于实现且具有较高精度的标定方法.最后通过实验获得待测物体的精确的三维数据.     

基于三维重建的绝缘子覆冰图像监测

提出了一种基于图像的三维重建的绝缘子覆冰在线监测方法。该方法运用计算机双目视觉技术,通过2台位置不同的摄像机采集2幅绝缘子覆冰图像,在对摄像机进行标定后,利用图像间的视差计算出覆冰绝缘子在三维空间的坐标,重建出覆冰绝缘子的三维模型,再由三维点云模型计算得到绝缘子覆冰的厚度及重量。应用所提出方法对多组实测图像进行三维重建和比较分析,结果表明该方法能够准确计算绝缘子覆冰的厚度和重量,还可反映绝缘子覆冰的厚度分布特征。     

基于结构光测量技术的 DMD 自适应掩膜生成

为解决强反射表面物体测量过程中易发生局部镜面反射,影响测量精度的问题。将数字微镜添加到结构光测量光路中并设计搭建测量系统,包括数字微镜、CCD相机、投影仪等器件。完成了系统的匹配、相机和投影仪的参数标定以及相位计算,采用麻雀搜索算法优化BP神经网络的方法建立数字微镜单元和相机像素单元之间的坐标映射关系,映射误差为0.583 pixels。基于PID控制器提出一种自适应掩膜生成方法,并对具有强反射表面的量块进行了测量实验,实验表明该方法能有效降低过曝光区域的灰度,实现了高动态范围成像。提出的方法可为强反射表面的三维测量提供理论支撑。     

SPATIAL DEPTH EXTRACTION USING RANDOM STEREOGRAMS IN ANALOGIC CNN FRAMEWORK

Demonstrated and motivated on human stereo vision analogic CNN algorithms are proposed to extract 3D spatial information from computer-generated random-dot stereograms as well as real scene random-dot like ones produced with simple optical devices, projector and camera. Several aspects of making real scene stereograms are considered to minimize perspective distortion and enable local CNN processing.     

基于扩展Kalman预测模型的双目立体视觉图像特征点跟踪方法

针对双目立体视觉动态测量中图像特征点快速跟踪问题,提出了一种利用Kalman预测模型进行图像点跟踪的方法。该方法以图像特征点坐标值为观测向量,将坐标值和图像特征点运动速度作为状态向量,首先建立了线性Kalman预测递推模型,在此基础上引入了极线约束条件,进一步建立了图像特征点非线性扩展Kalrnan预测递推模型。实验表明该方法得到的特征点的预测轨迹和真实轨迹符合度好,预测精度高、速度快、通用性强。     

基于鱼眼相机畸变图像的大尺寸目标测量方法

为满足大尺寸目标高精度图像测量的需求,提出一种利用鱼眼畸变图像实现宽视野、大几何尺寸目标测量方法。根据非线性畸变的多项式逼近函数建立鱼眼相机成像模型,通过立体标定板来确定相机参数;将相机沿光轴方向移动采集一组图像,建立鱼眼相机的测量模型实现待测目标尺寸的测量。通过对棋盘格和某大型建筑物几何尺寸的测量实验表明,本文提出的直接利用畸变图像进行测量的方法优于传统的将畸变图像校正成线性图像测量的方法,具有更高的测量精度和稳定性。     

基于虚拟双目视觉的电器电磁机构三维动态测试研究

对电器电磁机构进行准确的动态测试是电器优化设计的基础。由于电器电磁机构动态过程的复杂性及受研究方法、测试技术和条件的限制,过去对电器电磁机构动态特性的测试是二维的,而三维图像具有空间真实感,能够更全面、真实地反映电磁机构的动作过程,因此有必要对电磁机构进行三维动态测试。利用两面成一定角度的平面镜与1台高速摄像机相结合组成虚拟双目视觉测试系统,提出利用光学非接触式三维测试方法对电器电磁机构进行三维动态特性测试。采用虚拟双目视觉的原理,标定了高速摄像机的内部参数和外部参数,利用三维重建描绘出了磁保持继电器衔铁的三维动态特性曲线,通过3D测试验证了方法的可行性。提出的基于Image-Pro Plus图像处理的特征点检测和提取方法,极大地简化了立体匹配的约束条件和算法难度。     

IKid仿人足球机器人的自定位和球定位

仿人足球机器人的定位问题是机器人完成自主移动和智能决策的关键问题之一。介绍了本校IKid仿人足球机器人自身在球场的定位和足球在机器人坐标系的定位。前者通过自身内部九轴惯性传感器测量加速度、磁场方向和旋转角速度,并在此基础上通过粒子滤波和时间漂移修正等手段补偿误差完成机器人自身的位置和姿态计算。后者通过摄像头采集足球的视觉图像,在图像处理的基础上通过单目摄像机视觉系统完成在眼坐标系中足球三维坐标的计算,并通过手眼标定实现足球在机器人坐标系的定位。以上定位系统和定位方法已被应用于现有的IKid机器人,使其更好地完成动态行走、找球和踢球等动作。     

Outdoor facility measurement system using multiviewpoint stereo measurement

This paper proposes a novel outdoor facility measurement system. The purpose of this system is to enable survey work on roads to be undertaken both safely and efficiently. This system employs a stereo measurement method and measures facility positions by integrating stereo measurement data from multiple viewpoints whose relationship is unknown. The system involves two processes, which consist of recording images in the field and then analyzing those images indoors. The system is set up in the field and stereo images are recorded in a digital camera from several viewpoints around an intersection. The image analysis is divided into three parts. First, the facility positions from each viewpoint are obtained by a stereo measurement method with the aid of an operator. Second, the correspondences between the stereo measurement data from the multiple viewpoints are obtained. Finally, the facility positions and the relationship between the viewpoints are estimated. The second and final stages of this image analysis are performed automatically. This paper presents highly accurate measurement algorithms for this system, which reduces the amount of assistance required from an operator, and describes facility measurement for some actual intersections. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(2): 24–35, 1999     

基于双目视觉的纸箱尺寸测量立体匹配方法研究

针对智能仓库物资自动化出入库流程,对于储存于纸箱中物资的出入库,需进行纸箱尺寸测量、纸箱拆解、物资倾倒、物资拣选等任务,因此首先应对纸箱进行无人化尺寸测量,提出自适应GrabCut的SGBM改进算法,实现纸箱尺寸自动测量。该方法首先完成双目相机的标定,利用NLM算法对采集的图片进行去噪处理,完成纸箱图片的立体校正,采用NCC、SGBM、AD-Census三种立体匹配算法得到纸箱的视差图,在分析其效果的基础上,提出基于模板匹配自适应GrabCut的SGBM改进算法用于纸箱立体匹配并得到其尺寸信息。实验结果表明,改进算法可以实现纸箱尺寸信息的精确测量,尺寸误差小于10 mm,满足实际的生产要求。     

Binocular Spherical Stereo

A fish-eye camera has a wide field of view (FOV), and the realization of a binocular fish-eye stereo for sensing the surrounding 3-D information of the environment around a vehicle is useful for safe driving. However, since a fish-eye camera may have a wider-than-hemispherical FOV, the conventional stereo approach of obtaining a perspective image based on the pinhole camera model cannot directly be applied. However, using a spherical camera model and defining the disparity of a spherical stereo, the conventional binocular stereo problem is reformulated as a binocular spherical stereo problem. A binocular spherical stereo is a generalized paradigm that can cope with cameras having any FOV, including conventional cameras and fish-eye cameras. Moreover, by transforming the rectified spherical images to latitude–longitude representation, the feature point matching of the spherical stereo images can be sped up by using the processing used for perspective stereo images. The effectiveness of this approach is demonstrated by realizing a binocular spherical stereo using a pair of fish-eye cameras. Finally, the application of the proposed approach to vehicles in the future is considered.      

基于图像空间变换和插值运算的投影仪梯形校正法

针对投影仪使用过程中可能出现的投影图像梯形失真的现象,本文提出了一种通过图像空间变换和图像插值算法实现投影仪的垂直梯形校正的方法.图像空间变换按照实际需要规定了变换后图像形状,图像插值算法依据图像空间变换前后的坐标计算得到变换后的图像像素值.本文研究了投影仪梯形校正原理,对几种经典插值算法及其梯形变换效果和效率进行了介绍和比较,重点对双线性插值算法及其梯形变换效果进行了研究.在此基础上,实现了投影仪的垂直梯形校正功能.