基于双目立体视觉的手术导航脑部穿刺关键技术研究

手术导航(Image guided surgery)是脑神经外科手术中起关键因素的定位技术,有利于减少术中病灶的体积,提高病灶的定位精度。目前,对于手术导航的研究大多集中于单一环节的标定技术,本文提出了一种基于立体视觉的手术导航脑部穿刺方法,通过手术器件和头部模型的标定过程将器件尖端点和头部病灶点统一至全局坐标系,以实现脑部穿刺手术的实时导航,最终通过实验验证了该方案的可行性和准确性。     

基于3D视觉传感器的龙门架机器人手眼标定方法

针对龙门架机器人末端执行机构只具有三个正交方向上的平移自由度的工作特性,参照传统手眼标定的两步法,设计了一种直接对3D视觉传感器的点云坐标系与机器人执行机构的工具坐标系进行手眼标定的方法.该方法只需要操作机器人进行两次正交的平移运动,采集三组标定板图片和对应点云数据,并通过执行机构的工具中心点(TCP)接触式测量出标定...     

用“消隐点”法标定线结构光三维视觉传感器

提出了一种以线结构光为基础的三维视觉传感器，并根据所建立的数学模型，结合传感器的实际使用情况，提出用“消隐点”法对该传感器结构参数进行标定，该标定方法装置简单，速度快，在保证精度的同时简化标定的过程实验证明“消隐点”法是一种高效，实用的视觉传感器标定方法。     

三维重构视觉系统的标定

文章基于改进两步法的标定思想,在三维重构中提出了一种新的视觉系统参数标定与镜头畸变修正方法.该方法根据图像中心附近点畸变量较小的性质,利用中心附近点和全场视点对CCD相机和DLP投影仪的内外部参数标定和镜头畸变修正进行分离.在标定过程中,所设计的带标准圆阵列的靶标和伪随机连续方形编码可以实现特征点的自动识别和匹配.实验表明,该方法能快速、方便地对视觉系统参数进行标定和镜头畸变修正.     

基于双目立体视觉偏折术的标定

相位测量偏折术(PMD)是近几年在光学测量领域内普遍使用的一种非接触式的高精度测量方法,而系统几何标定是相位测量偏折术获得高精度测量的先决条件。由于LCD显示屏位于摄像机的视野之外,增加了标定的困难,本文提出的基于双目立体视觉的相位测量偏折测量系统,通过姿态转换几何标定方法进行系统标定,标定左右两个摄像机与LCD显示器之间的相对位置关系,并通过实验验证了该标定方法的可行性和准确性。     

基于手眼系统的视觉定位研究

针对自动化产品装配中的视觉定位问题,搭建一套基于手眼(eye-in-hand)系统的机器视觉装配实验平台。在Halcon软件平台上运用张正友标定法对相机内参数和外参数进行标定,并利用手眼关系方程CX=XD求解出机器人的手眼关系以完成手眼系统标定的过程,最终将手眼系统标定结果应用于视觉装配平面的目标点定位。其中以机器人定位到的目标点坐标为理想位置坐标,对视觉定位与机器人定位得到的目标点位置进行比较分析,验证该手眼系统视觉定位的准确性并对视觉系统进行不确定度评定,实验重复性良好。实验结果表明,用此方法得到的手眼系统视觉定位精度能达到0.6 mm,满足机器视觉生产线上产品装配的需求。     

用优化算法提高神经外科机器人空间映射精度的研究

利用双目视觉传感器来获取标记点在空间的位置,将标记点的位置平均值作为优化目标进行优化.以贴在病人头部的3个标记点为桥梁,计算出图像坐标系与视觉传感器坐标系之间的空间映射关系.再以标记点的平均坐标值为目标对转换矩阵进行优化,从而得出更加准确的目标转换矩阵,并由此给出精确的空间映射误差范围,为医生进行手术提供参考依据.临床神经外科手术应用结果证明,由此方法改进的系统的精度完全符合手术需求.     

直线拟合的高准确度投影结构光系统标定算法研究

针对现有投影仪-相机结构光测量系统标定算法准确度不高的问题,提出一种基于直线拟合的高准确度标定算法。该算法首先找到系统灰度响应线性度较好的灰度区间,在该区间内采用三频四步相移算法对相机获取的投影光栅图像进行相位恢复。然后计算出棋盘格角点在相机坐标系中的坐标,并找到这些角点在投影仪图像中的对应像素点,通过直线拟合的方法进行优化,提高匹配点的搜索准确度。最后采用双目视觉的标定方法实现投影结构光系统的标定。系统标定实验的结果验证所提出的基于直线拟合的标定算法具有较高的标定准确度,有助于后续高准确度的三维重建与测量。     

基于视觉辅助定位的机械臂运动学参数辨识研究

标定机器臂的运动学参数可以有效提高机械臂的绝对定位精度。针对一般平面约束标定方法往往通过手动示教获取测量数据,效率低,提出一种基于视觉辅助定位约束平面的机械臂运动学参数辨识方法。为了弥补双目视觉视场范围狭小的弊端,在约束平面上粘贴3个靶点,以此将对平面的定位等效成对靶点的定位。应用双目视觉系统提取靶点中心并进行立体匹配,得到靶点在机械臂基坐标系下的三维位置信息;同时构建靶点坐标系,以此规划出按一定规律分布的约束点;为了进一步提高标定精度,建立双平面约束误差模型,通过两垂直平面上任意非共线的3个点得到一系列法向量,每一对法向量的数量积为0,即增加了约束方程;利用机械臂对相互垂直的两约束平面自动进行接触式测量,通过改进的最小二乘法辨识出真实的运动学参数误差。实验结果表明,基于双平面约束误差模型,修正运动学参数后,机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到了0.453 mm。该方法实现了数据的自动化测量,大大提高了标定效率,为机械臂批量标定提供了参考,具有工程意义。     

双目视觉摄像机神经网络标定方法

摄像机标定是精密视觉测量的基础。为了描述双目视觉中三维空间物点坐标和两个摄像机像面像点坐标间的非线性关系,传统的标定方法需要建立复杂的数学模型。而神经网络可以有效地处理非线性映射问题,笔者介绍了一种BP(ErrorBackPropagation)神经网络,并且为了提高网络的学习能力引入了动态因子。用相同的参考数据,将神经网络标定方法与线性标定方法比较,实验结果表明基于神经网络的双目视觉标定方法能获得较高的标定精度。     

采用视觉注册的户外增强现实技术的研究

目前户外增强现实技术多采用硬件跟踪的注册方法解决浏览展示方面的问题。为了户外规划设计方面的应用需求,需要使用更加便于交互的基于视觉的注册方法。利用计算机视觉的方法并辅助于测距仪器便可以计算出视觉注册中必备的标定点空间坐标,从而使得增强现实技术可以应用到图像级的户外规划设计领域,并通过将摄像机坐标系和世界坐标系重合设置简化了注册过程。这些工作将有助于用户在景区规划设计等领域做出更好的决策。     

基于图像配准技术的二维平台位置参数视觉测量

提出一种基于图像配准技术测量移动平台二维平移、旋转等参数的视觉测量方法．固定基准图和镜头,使CCD随平台在基准图的像平面内移动或旋转,再由图像配准技术对当前CCD接收到的图像在整个像平面内的位置进行定位,从而可实现微位移平台位置参数的测量．对基准图进行分块设计,并且对每一分块进行二进制编码．如果保证至少有一分块落到CCD成像区域内．实验结果表明系统的位移测量精度可达到亚微米级．     

基于机器视觉的包装品质检测系统设计

目的 为提高包装缺陷检测精度,基于机器视觉设计一种包装品质检测系统。方法 介绍机器视觉系统硬件结构,包括载物平台、工业相机、光室、计算机等。在此基础上,以条烟外包装检测为主要研究对象,详细阐述图像处理算法。首先利用中值滤波消除原始图像噪声;然后基于Canny算子实现图像边缘锐化;最终通过图像配准判断条烟外包装是否存在缺陷。结果 通过实验验证,结果表明该系统对合格样本的识别率可以达到100%;不合格样本的识别率也可以达到98.67%;整体识别率可以达到99.33%。结论 机器视觉系统具有识别精度高、性能稳定等特点;图像处理算法可准确区分条烟是否存在缺陷,具有实际应用价值。     

基于柔性控制点的三维数据拼接方法

针对大型零件全局测量中的数据拼接问题,提出一种基于柔性控制点的三维数据拼接方法。本文详细介绍了基于机器视觉的阶梯式三维数据拼接原理及实验测量过程,通过投影柔性控制点的方式避免了粘贴标志点的繁琐过程,提高了测量效率。同时采用标准尺和壁板对本文提出的方法进行了验证,实验结果表明该方法有效能够满足大型零件的现场测量要求。     

增强现实在小区规划中的应用研究

增强现实作为虚拟现实技术的重要分支已经被成功地应用到商业、教育等众多领域。验证了增强现实技术应用于住宅小区规划的可行性,设计并实现了基于增强现实的虚拟小区规划系统。满足了小区规划对虚实交互、人机交互的要求,充分体现出增强现实技术在小区规划应用中的优势。介绍了系统所采用的基于计算机视觉的虚实配准技术,并给出了系统运行结果。     

A novel algorithm for pose estimation based on generalized orthogonal iteration with uncertainty-weighted measuring error of feature points

In this paper, we investigate the effect of anisotropic and correlated non-identical distributions of feature points’ gray level on pose estimation in stereo vision system. The generalized orthogonal iteration (GOI) algorithm for pose estimation with uncertainty-weighted measuring error of feature target is proposed. In this method, the inverse covariance matrix is applied to describe the uncertainty of feature points, and weighted contribution of uncertainty to the error objective function is analysed. By transforming the uncertainty into the covariance-weighted data space, a novel objective function based on spatial collinear error is constructed. The orthogonal iterative algorithm is extended to stereo vision system for pose estimation and the GOI algorithm is deduced, by which the optimized solution to a novel objective function is given. Finally, simulation and actual experimental results show high accuracy and strong robustness of the proposed approach, and should therefore, have potential for a variety of engineering applications.     

气膜孔视觉测量系统的设计与搭建

为了重建高压涡轮导向叶片气膜孔的三维形貌特征,基于机器视觉原理,设计并搭建了非接触式的气膜孔四轴视觉测量系统。该系统主要由三坐标测量机框架、高精度回转台、叶片专用夹具和图像采集装置构成,将视觉测量技术和三坐标测量技术结合起来以应对气膜孔的检测问题。为了获取气膜孔的三维形貌数据,提出了应用景深合成技术进行孔壁三维形貌重建的方法,并通过实验进行了重建方法的验证。在实验过程中,应用该测量系统对某个高压涡轮导向叶片上的气膜孔特征进行了测量实验,获取了孔深范围内的对焦图像序列,而后对其进行了景深合成与深度信息转化,最终实现了该气膜孔的孔壁形貌的三维重建与显示,并实现了向三维点云数据的转化,充分说明了所搭建的气膜孔视觉测量系统的有效性。     

Patterns of functional vision loss in glaucoma determined with archetypal analysis

Glaucoma is an optic neuropathy accompanied by vision loss which can be mapped by visual field (VF) testing revealing characteristic patterns related to the retinal nerve fibre layer anatomy. While detailed knowledge about these patterns is important to understand the anatomic and genetic aspects of glaucoma, current classification schemes are typically predominantly derived qualitatively. Here, we classify glaucomatous vision loss quantitatively by statistically learning prototypical patterns on the convex hull of the data space. In contrast to component-based approaches, this method emphasizes distinct aspects of the data and provides patterns that are easier to interpret for clinicians. Based on 13 231 reliable Humphrey VFs from a large clinical glaucoma practice, we identify an optimal solution with 17 glaucomatous vision loss prototypes which fit well with previously described qualitative patterns from a large clinical study. We illustrate relations of our patterns to retinal structure by a previously developed mathematical model. In contrast to the qualitative clinical approaches, our results can serve as a framework to quantify the various subtypes of glaucomatous visual field loss.     

干涉合成孔径雷达复图像配准精度分析和方法

基于干涉合成孔径雷达（Interfermetric Synthetic Aperture Radar-InSAR）的系统模型、干涉相位误差的统计特性，分析InSAR配准精度与干涉相位误差之间的确定关系，讨论复图像配准过程中存在的问题，给出实用的InSAR复图像配准方法。通过对SIR-C/X-SAR意大利Enta火山干涉数据的处理，得到了精确的配准结果。     

LYP1050轮转胶印机控制系统设计

为满足印刷市场对高速、高质量及高效率胶印机的需求,设计了一种LYP1050轮转胶印机控制系统。首先,采用汇川AC810运动控制器作为主控制器,以汇川IT6000系列触摸屏作为人机交互界面,结合伺服驱动单元,搭建了LYP1050轮转胶印机控制系统的硬件平台。然后,提出了LYP1050轮转胶印机的多轴同步控制、闭环速度和收卷锥度张力控制以及自动套色控制方法,同时,对LYP1050轮转胶印机控制系统的下位机程序和人机交互界面进行设计。最后,通过采集LYP1050轮转胶印机样机实际运行时的套色误差来验证所设计的控制系统的可靠性。试验结果表明：该轮转胶印机的套色精度可控制在±0.05 mm内,符合套色要求。所设计的控制系统安全可靠,同步性较好,套色精度高,故障率低,具有广泛的通用性,可为同类型轮转胶印机控制系统的设计提供参考。