大型物体视觉测量模拟和精度分析

视觉测量的精度受多种因素的影响,包括图像离散化误差、成像畸变模型选择、图像特征定位误差、相机与被测物体相对姿态和图像分辨率等.尽管已有不少关于视觉测量的报道,但对上述因素影响的系统性模拟评测的报道不多.文中以大型被测物体为模拟对象,针对影响视觉测量精度的上述因素进行了系统和定量分析.实验结果表明:合理的畸变模型选择是视觉测量需要首先考虑的问题;在图像分辨率较高时,图像离散误差的影响可以忽略不计,而由高分辨率导致的图像特征定位误差会对畸变参数的估计产生比较大的影响,进而影响物体的测量精度;对边长为30 m的大型平面物体的视觉测量而言,当图像分辨率为2500×2500以及特征定位误差不大于一个像素时,还很难达到10 mm级的测量精度.该实验结果对从事视觉测量的研究和应用人员有一定的参考作用.     

基于双目立体视觉的视差测量

双目立体视觉是计算机视觉研究最重要的组成部分之一.该文旨在构建一个双目视觉系统用来测量相机与物体的距离.通过双目相机进行图像采集,使用Matlab Calibration Toolbox工具对相机标定,然后进行左右图像校正,最后对校正的图像进行立体匹配,得到被测物体的视差图及其物体的3D坐标.实验表明:这个方案具有可行...     

基于双目立体视觉的目标物测距研究

为了获取目标物体在空间中的三维信息,本文在双目立体测量原理的基础上,采取OpenCV和Matlab相结合的方法,设计了一个基于双目立体视觉的目标物体测距系统。该系统采取张定友棋盘标定法,使用Matlab内置的工具箱完成双目相机标定,采用SGBM(Semi-Global Block Matching)立体匹配算法在VS2017环境下结合Opencv3.4.1库,对左右相机获得的图像进行立体匹配,生成视差图,将二维空间点重投影到三维空间中,实现二维坐标到三维坐标的转换,即可得到物体的三维点坐标。最终实现通过鼠标点选被测物体视差图后输出选定的空间三维坐标。实验结果显示,该系统的测量精度较高,并且在140 cm距离的测量精度最高。     

基于机器视觉的雷达测角精度评估系统

利用光学成像原理,设计了基于机器视觉的雷达测角精度评估系统,主要包括光学部分(CCD相机)、图像采集部分和图像处理与目标角度信息提取部分等;机器视觉的定位成像和高精度测角,保证了该系统能在紧缩场中对雷达系统进行自动化、高精度、实时的角度测量校准和测量精度评估试验;理论分析和仿真结果表明,补偿由于雷达系统和机器视觉系统安装位置不同引起的角度测量偏差后,在正常的实验测量误差条件下,基于机器视觉的角度测量校准和评估系统能达到O.005°的校准和评估精度。     

基于立体视觉的水下三维测量系统研究

随着我国海洋战略的提出,对于海洋观测技术和装备的需求日趋迫切。针对现有水下成像系统无法实现精确三维测量这一难题,该文提出了一种基于双目立体视觉原理的水下三维测量系统研究方法,并对其可行性进行了验证。针对水下成像过程存在的水体界面折射问题,该文提出了相应的相机成像模型及系统参数标定方法,建立了防水深度达 30 m 的双目水下测量及照明装置,并在水池、近海条件下进行了实地测试。实验结果显示,在水体条件较好的情况下,系统观测距离可达 8 m 以上,有效测量距离为 0.5～4.5 m,在 0.5 m 和 4.5 m 距离处的测量误差分别为 2 mm 和 20 mm。实验验证了 水下双目成像模型、立体标定、测量模型等方法的有效性和精确性,可为水下检修作业等海洋工程行业提供一种有效的三维测量技术手段。     

映射关系约束下双目视觉测量误差调整仿真

为解决由于摄像机与投影仪的非线性畸变,导致图像相位及测量结果出现较大误差的问题,提出一种基于相位映射的立体视觉测量误差补偿方法.依据立体视觉测量成像原理,分析得出引起测量误差的原因为摄像机和投影仪间呈现的非线性亮度传递函数,使得系统收集到的光栅条纹与既定的余弦函数有所差异,因此采用线性差值法构建出相机理想光栅和实际光栅...     

一种基于SIFT特征的机器人环境感知双目立体视觉系统

针对双目立体视觉系统在机器人环境感知领域中存在的立体匹配以及测量精度问题,设计一种基于SIFT特征的双目立体视觉测量系统.利用SIFT特征良好的旋转、尺度、光照不变性等特性,有效地解决双目立体视觉系统的匹配问题,同时将SIFT算法在由FPGA和DSP组成的嵌入式系统上实现,显著地提高测量系统的实时性.提出一种基于二次多项式的误差补偿方法,对系统的测量结果进行补偿,弥补双目立体视觉系统测量误差随测量距离增加而增加的不足,从而提高系统测量精度.通过实际的测量实验、移动机器人环境感知实验以及与现有双目立体视觉产品的对比实验结果表明,系统能够很好地解决双目立体视觉的立体匹配和精度问题,并且能较好地应用于移动机器人环境感知任务中.     

一种基于工业相机的距离测量系统

基于双目视觉的基本原理,运用视差法,设计了一个距离测量系统,该系统通过两台高精度数字工业相机,能对一目标距离进行检测。系统首先通过工业相机获取图像,利用标定算法对工业相机内部参数进行标定,之后选取目标点输入并进行距离测算,最终输出目标点距离结果。实验结果表明,该系统能够较好地完成对物体的非接触式测量。     

基于机器视觉的输电线跨越距离测量方法研究

主要研究了一种基于机器视觉的输电线跨越距离测量方法.设计了一套双目立体视觉测量系统,可以实时监测输电线路跨越距离.该系统通过双目相机实时采集标有特征标记点的输电线图像,采用颜色分割检测方法实现左右图像的立体匹配,计算出特征标记点的空间坐标,从而实现跨越输电线的三维重构,并基于跨越输电线的三维模型计算出跨越距离的大小.实验数据表明,该方法的测量精度达3％以内,满足实际要求,验证了该方法的可行性.     

海面目标运动速度的视觉估计方法

为方便快速地实现对平面直角导航坐标系下匀速直航海面目标的速度测量,提出一种立体视觉估计方法。该方法首先基于计算机视觉理论标定得到摄像机参数(包括内参数及外参数),建立立体视觉测量数学模型,然后利用光电成像设备连续获取目标图像序列,结合图像目标特征角点信息测量被测目标相对距离,同时计算得到不同时刻目标方位。在此基础上,根据目标运动几何关系,采用拟线性方法处理目标运动方程,最后实现对目标速度的最小二乘估计。通过大量仿真实验,研究了不同初始条件对目标速度估计性能的影响。结果表明,对于3000m以内航速在10Kn~30Kn的海面目标,估计精度优于0.2m/s。该方法要求简单,便于实现,所得结论可为岸基监控海面目标或水下隐蔽观测站仅利用图像信息快速判断被测目标运动态势及作战决策提供参考。     

双目立体全景视觉传感器的三维测量精度的研究

从全方位视觉传感器ODVS( Omni-Directional Vision Sensor)的成像原理出发,指出双目立体全方位视觉传感器BOD-VS (Binocular stereo Omni- Directional Vision Sensor)的测量精度受基线距、测量距离和摄像机采集图像量化精度的影响;在同等条件下,证明了BODVS测量精度与基线距成正比、与测量距离平方成反比;为了便于进一步分析影响BODVS测量精度的因素,提出了一种ODVS的标定方法,并使用标定结果,在BODVS的基线距分别为62. 198 cm、82. 198 cm和102.198cm下,通过测距实验验证了上述结论.     

一种基于弹道曲线模型的脱靶量测试方法

针对传统的脱靶量测试设备体积庞大、不便移动且测试成本高等缺点,提出了一种基于弹道曲线模型的双目立体视觉的脱靶量测试方法。研究了摄像机的成像模型及坐标系变换,分析了摄像机标定的一般方法,构建了摄像机标定模型,并推导了标定参数的表达式。基于双目立体视觉测试技术设计了弹道曲线模型的弹丸脱靶量测量系统,其测量过程简单且标定结果稳定,可实现弹丸运动目标的快速检测,通过对运动目标的空间定位和轨迹拟合实现了脱靶量的测试。实验结果表明:弹道直线模型和曲线模型均能简便地求解飞行弹丸脱靶量,后者比前者更贴近实际弹丸飞行轨迹,可获得更高精度的脱靶量,弹道曲线模型的脱靶量平均绝对误差(MAE)比直线模型降低了大约一半。     

Measurement error analysis and accuracy enhancement of 2D vision system for robotic drilling

Robotic drilling for aircraft structures demands higher accuracy on industrial robots than their traditional applications. Positioning error measurement and compensation based on 2D vision system is a cost-effective way to improve the positioning accuracy in robotic drilling. In this paper, we first discuss the principle of error measurement and compensation with a 2D vision system for robotic drilling and the determination of tool center point of the vision system so that the Abbe errors are eliminated in the measurement process. Measurement errors due to nonideal measurement conditions, i.e. nonperpendicularity of the camera optical axis to the workpiece surface and incorrect object distance, are mathematically modeled and experimentally verified. A method utilizing four laser displacement sensors is proposed to ensure perpendicularity of the camera optical axis to the workpiece surface and correct object distance in the measurement process, and hence to achieve high accuracy in 2D vision-based measurement. Experiments performed on a robotic drilling system show that the 2D vision system can achieve an accuracy of approximately 0.1 mm with the proposed method.     

大视场双目立体视觉的摄像机标定

针对大视场视觉测量应用,在分析摄像机成像模型的基础上,设计制作了可自由转动的十字靶标,实现了大视场双目视觉摄像机的精确标定。将十字靶标在测量空间内多次均匀摆放,两摄像机同步拍摄多幅靶标图像。由本质矩阵得到摄像机参数的初始值,采用自检校光束法平差得到摄像机参数的最优解。该方法不要求特征点共面,仅需要知道特征点之间的物理距离,降低了靶标制作难度。采用TN3DOMS．S进行了实测,在1500mm×1500mm的测量范围内测试标准标杆,误差均方值为0．06mm。     

基于显著性检测的双目测距系统

为了提高双目视觉测距系统中图像匹配的实时性与测距的精度,提出一种将显著性检测与焦距拟合相结合的双目测距方法。首先对双目相机进行畸变矫正,并利用双目相机成像的特点拟合相机焦距与目标距离的关系,随后对所得图像进行显著性检测,并提取目标区域,最后,利用surf算子对提取出的区域进行特征匹配,将匹配点代入测距模型中得到目标物体的距离。结果表明:显著性检测方法明显提升算法执行速度,焦距拟合降低双目测距模型误差,明显提升双目测距精度。     

基于机器人单目视觉导航的测距方法研究

对单目视觉测距方法进行了研究、分析，并根据针孔成像和几何坐标变换原理，对移动机器人与目标点间距离的检测方法进行了推导，并拍摄多幅真实图像进行验证。     

基于图像处理的株高无损测量方法研究

为了在定量化研究植物株高过程中实现无损测量,同时降低户外植物生长监测的硬件成本,方便设备安装和操作,依托立体视觉技术,提出了一种基于图像处理的株高无损测量方法.以测量棉花株高为研究对象,首先,在棉花生长无损监测系统中,通过标定后的单个摄像机获取棉花植株图像,在二维图像空间将棉花株茎简化成两个关键点坐标,然后利用摄像机参数矩阵以及对两个关键点的约束条件,获得植株在世界坐标系中的三维信息,从而获得植株高度.实验结果表明,该算法在进行植株高度测量时,其误差范围可以控制在5 mm以内,该方法是可行的、有效的.     

一种改进的三维人脸重构方法

提出一种改进的三维人脸重构方法。该方法采用基于单个相机的双目立体视觉系统对人脸进行采样,根据人脸对称性假设,运用补洞与纠错技术进行自动点云优化。继而采用简化的Candide-3模型作为细分初始控制网格,局部加细地进行细分曲面分层次拟合操作,采用测地线映射技术对不同表情进行归一化,并分别建立人脸数据库。实验结果表明,采用单相机立体视觉系统在提高重建精度的同时,很大程度上避免由于双相机拍摄不同步引起的重建鲁棒性降低问题。而采用细分曲面作为存储结构,在节约空间的前提下,为分层次比对筛选提供理论支持。该系统成本较低,适合在许多领域推广应用。     

基于多目立体视觉的试件飞行运动速度测量方法研究

为了测量试件的飞行速度,提出了一种基于多目立体视觉技术的飞行运动速度测量方法。首先研究了多目相机的标定方法,然后通过图像匹配的方法来获取各个相机图像中目标点的图像位置,最后根据各个相机的内部和外部参数,重建得到被测试件的三维坐标,结合相机的拍摄速度,计算出试件的飞行速度。结果表明：该方法可以较为准确的测量出试件在整个飞行过程中的运动速度,且具使用灵活,操作方便等特点。