基于轴线投影精确模型的弯管立体视觉测量方法

利用立体视觉技术测量弯管轴线需精确计算弯管轴线在图像上的投影位置,现有方法将弯管图像轮廓中心线近似为空间轴线在像平面上的投影,这种近似计算存在误差。为获得弯管轴线的精确投影位置,提高三维测量精度,对弯管成像特征进行了深入研究。首先对弯管任意横截面建立透视投影模型,探索截面图像边缘点与空间轴线投影点间的几何关系,进而提出轴线上任意一点在像平面上投影位置的精确计算方法。采用双目视觉系统对某一航空管件进行重构测量。试验结果表明,相较于现有方法,采用本文方法计算轴线投影位置后,管件测量的重复性精度与前者相当,而测量精度平均提高14.5%。说明本文方法对轴线投影位置计算正确,可有效提高弯管轴线视觉测量精度。     

基于平面模板自由拍摄的双目立体测量系统的现场标定

 摄像机标定是基于光学摄像的立体测量技术中的一个十分重要的步骤，标定精度直接影响系统测量的精度和稳定性。本文提出并实现了一种简便易行的双目立体测量系统现场标定方法：利用一块特殊设计的具有不同大小圆形特征点的平面标定板，在无需控制任何运动参数的情况下，双目测量系统只需对标定板在不同角度自由拍摄一组图像即可方便地实现系统标定。该方法在已有单摄像机标定算法的基础上，加入对双摄像机相对位置和姿态的优化，同时考虑了镜头的非线性畸变，达到了较好的标定结果。另外，提出的图像点与其空间点的对应算法具有良好的稳定性，即使由于环境或摄像机摆放位置等因素的影响，一些标定板上的特征点不能被摄像机拍摄到，或者不能被正确识别时，仍然能进行标定工作。标定实验和系统标定后的三维重建结果验证了该方法的有效性。     

一种地形轮廓特征的立体视觉三维重建方法

针对自然地形轮廓特征的三维数据测量问题,提出了一种基于区域分割的立体视觉三维重建方法。先通过分水岭变换进行图像分割,根据分割区域边界确定图像中场景的轮廓边缘。轮廓边缘按所属区域分组进行立体匹配,根据分割区域相互邻接的全局特征和各区域的位置、尺寸、灰度值局部特征建立区域约束,并根据区域边缘像素点梯度分布特点建立梯度方向约束,以减小立体匹配的搜索空间、优化匹配顺序、提高匹配精度。进而根据双目立体视觉的成像模型计算匹配边缘点的三维坐标,实现地形轮廓边缘的三维重建。实验结果表明,该方法能够快速有效地重建出体现地形三维结构特征的轮廓边缘,并具有较高的立体匹配正确率和重建精度。     

无人直升机视觉着陆中的运动状态估计算法

对无人直升机(UH)视觉着陆中基于视觉图像处理的运动状态估计问题进行了研究。介绍了视觉着陆原理,分析了运动估计、特征图像处理与着陆控制间的关系,推导并建立了UH相对着陆平台位姿估计算法、线速度与角速度估计算法。相邻两帧图像对应特征点像点位置为位姿估计算法提供数据,一帧图像特征点像点位置及其对应像点平移速度为线速度与角速度估计算法提供数据。利用UH着陆控制仿真数据模拟UH着陆运动过程中像点位置及其对应平移速度的视觉图像处理结果。仿真验证了运动状态估计算法,结果表明所提出的运动状态估计算法能有效地利用视觉图像处理结果数据估计出UH的位置、姿态、线速度和角速度。     

四轴坐标测量中转轴位置参数标定和数据整合

为解决旋转工作台在装配过程中产生的安装误差,旋转轴与坐标测量机Z轴不平行,因而造成整体检测精度不够这一难题,提出了旋转轴空间位置参数标定的新方法:设计专用标定工装,通过找正和测量标定工装的基准面和基准孔特征要素,得到旋转轴所在空间直线方程,从而实现旋转轴空间位置参数的标定。实验结果表明该方法简单、高效,基于该工装的旋转轴空间参数标定方法与数据整合算法适合航空发动机叶片高精度的检测。     

一种提高机器视觉检测精度的方法

本文提出一种提高机器视觉标定精度的方法。首先，设置标准参考点位置，对机器视觉系统进行标定获得初始标定矩阵；其次，对图像进行处理，视觉检测算法提取标准参考点的准确位置；最后，通过修改初始标定矩阵参数，使计算结果无限接近标准参考点，从而获得更高精度的标定矩阵。实验表明，该方法可提高狭缝测量和圆孔定位的检测精度，为实现高精度机器视觉检测提供了新途径。     

月面车载机械臂的无标定视觉伺服控制方法

针对月面车载机械臂存在的鲁棒性和空间运动轨迹较差的问题,提出了月面车载机械臂的无标定视觉伺服控制方法。对无标定视觉伺服控制系统的控制原理和控制方法进行了分析,提出了双目双轴平行视觉配置方法,选取图像特征空间的点特征和线特征设计控制器,并基于卡尔曼滤波算法实时在线估计机械臂的手眼映射关系。通过仿真试验与基于六轴机械臂无标定视觉伺服平台的地面空间定位模拟实验,验证了该方法的有效性。     

风洞试验中模型迎角视觉测量技术研究

 发展了一种基于双相机的风洞试验模型迎角视觉测量技术。即在风洞模型表面绘制或喷涂一些高对比度的标记点,采用两台400万像素的工业相机采集模型的运动图像,然后求解图像的共线方程获得模型表面标记点的三维空间坐标,利用表面标记点坐标最小二乘拟合出一条空间直线,通过不同时刻空间直线单位方向矢量的变化计算出模型的迎角变化。利用精密电子倾斜仪对迎角视觉测量系统进行静态标定,结果表明:迎角视觉测量系统的准确度在0.01°以内。迎角视觉测量系统在2 m超声速风洞中对一尾支撑无主测力天平铰链力矩测量模型的实时迎角进行了测量,结果表明:系统具有很好的响应特性,可以作为风洞试验中迎角测量的一种有效方法,尤其是用于无主测力天平时模型真实迎角和支杆弹性角的测量。     

基于双目视觉的管路快速检测技术研究与实现

为了改变传统管路检测方法的弊端,实现管路的实时快速测量,在研究双目视觉技术的基础上提出了将视觉测量应用于管路系统检测中,实现管路模型三维重建工作。首先采用双目摄像机,对管路系统进行拍摄,得到多组管路图像,然后利用相机的标定确定相机的内外参数,通过经典的边缘提取方法提取图像中的边缘特征,采用曲线拟合的方法提取管路的中心线,通过管路中心线匹配算法,建立了左右图像的匹配关系,最后得到管路的几何参数并进行三维重建。实例验证了该方法可行、有效。     

面向单目立体视觉的立方镜图像处理技术

面向单目视觉辅助光电准直仪对立方镜进行准直的需求,研究针对立方镜图像的数字图像处理技术。采用Canny边缘检测方法得到灰度图像中的边缘信息,借助Hough变换按照直线程度的强弱对边缘信息进行分类提取,得到图像中立方镜棱边对应的直线信息。按照偏角与截距对棱边直线信息进行分类排序,结合先验知识得到立方镜角点对应的配对相交直线,对配对直线求交点得到立方镜角点在图像中的位置,得到的立方镜棱边及角点信息为后续的立方镜位姿计算提供了基础数据。     

有源相控阵中场测量中的空间误差研究

由于中场监测设备量少,且测量效率高,所以是有源相控阵雷达阵面测量的重要方法之一,在工程中得到了广泛应用。其系统误差包括监测方法误差和测量设备误差,其中测量方法误差非常关键,而测量设备误差与所采用的具体设备有关。在中场测量中,探头的位置偏移导致的空间误差是其特有的测量方法误差。本文对空间误差进行了理论分析,并以x波段有源相控阵的中场测量为例,给出了空间误差的计算结果和实验结果。计算结果表明,空间幅度误差很小;空间相位误差与被测阵面口径、测量距离和探头位置偏移有关。实验结果进一步验证了这种计算结果。分析结果为中场测量的实施提供了参考,具有一定的工程意义。     

无线电外弹道测量设备轴系误差修正方法改进

对无线电外弹道测量设备轴系误差的性质进行分析,论述了传统轴系误差修正方法的缺点,采用坐标系转换的原理,推出了一种轴系误差的精确修正方法。对各种误差项进行分离,将传统的轴系误差修正方法改进为实时快速修正方法,并利用实际标定的误差数据,仿真计算不同修正方法的修正效果,验证了轴系误差精确修正方法的正确性,验证了实时快速修正方法的正确性和快速性。     

基于可行图的五轴在机测量探针轴向优化方法

针对不同探针轴向下红宝石球上触碰点会引入不同预行程误差导致标定精度和效率低的问题，提出了一种用于优化在机测量探针轴向的可行图构建方法。首先，根据包围盒算法计算各个测量点处免干涉的探针轴向。接着，利用机床运动学链建立红宝石球上触碰点与机床旋转轴的关系，进而构建机床转台旋转角度的可行图。为了提升检测精度，以减少红宝石球上触碰点和机床旋转轴方向变化为原则，优化测量路径上探针轴向，满足无干涉且红宝石球触碰点最少的条件。最后，以离心式叶轮为例进行验证，采用此方法不仅能保证红宝石球上触碰点个数最少而大幅度缩短标定时间，还能减少引入的机床误差量而提升测量精度，实验结果证明该方法重复性好、可行度高。     

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题，提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差，以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系；在标定阶段，通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像，并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定；在实际制孔过程中，机器人在测距传感器及相机的辅助下，从基准孔理论坐标对应的姿态，不断调整至基准孔正上方理想位置，通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标，然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差，计算三维驱动误差变换矩阵，据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量，从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证，实验结果表明，补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85 mm和2.09°~3.93°，平均为2.55 mm和3.30°，补偿后制孔最大误差分别不超过0.30 mm和0.21°，满足自动制孔位置精度要求。     

基于神经网络的体视PIV空间标定模型

体视粒子图像测速（SPIV）中的空间标定精度对SPIV的测试结果精度有较大影响。为研究标定模型对输入误差的处理能力,定义了一个无量纲参数——误差衰减系数,来评判空间标定模型对误差的响应。在此基础上针对SPIV两相机空间标定的误差产生和传播特性,发展了一种基于神经网络的且具有联合标定能力的SPIV空间标定模型。使用仿真实验手段,证实了该神经网络模型在很大的参数空间内均具有对输入误差的抑制能力,而传统的多项式模型或小孔模型并不具备这一能力;此外,神经网络模型在高光学畸变情况下的表现也优于多项式模型及小孔模型。因此,神经网络具备替换传统空间标定模型的能力,有助于提高SPIV的测量精度。最后在实验中证实了神经网络标定模型的空间定位误差仅为传统模型的1/4。     

Installation error calibration for MEMS angular measurement system in hypersonic wind tunnel

The accuracy of model attitude measurement has an important impact on wind tunnel test results. Microelectromechanical System Inertial Measurement Unit (MEMS IMU) provides a feasible way to measure model attitudes with high accuracy. However, the installation error between MEMS IMU coordinate system and the body coordinate system of test models can make the accuracy of the model attitude measurement decrease. In wind tunnel tests, the installation error depends on the relationship between the IMU and the model mechanism before tests. Therefore, in-field calibration in wind tunnel tests is necessary to reduce installation errors. To improve attitude measurement accuracy, the least squares quaternion calibration method based on MEMS IMU and six-position calibration procedure are proposed. High-precision three-axis turntable tests are performed. The pitch accuracy after calibration is higher than that before calibration in the angle of attack sweeping tests. The Root-Mean-Square Errors (RMSE) in the roll and yaw are within 0.01°, which are smaller than those before calibration. In the roll sweeping tests, RMSE of three attitude angles decrease significantly. In hypersonic wind tunnel tests, the pitch errors before and after calibration are within 0.05° and 0.02° in the angle of attack sweeping tests without wind. In five angle of attack sweeping tests with wind, the deviation between the mean of the pitch and the pitch after the elastic angle correction is within 0.03° and the standard deviation of five tests is within 0.01°. The proposed method is confirmed to enhance the accuracy of attitude measurement effectively, which is convenient for engineering applications.     

高分影像辅助下的航空高光谱严密几何检校方法

 惯性测量单元(IMU)与传感器视准轴的偏心角和偏心矢量是造成航空线阵列高光谱数据几何校正误差的主要原因之一。在分析偏心角与偏心矢量误差来源之后提出该误差由IMU主轴与传感器主轴的角度偏差、测区固定偏差、GPS中心与传感器投影中心相对偏差组成,在此基础上建立了较为严密的检校模型。针对模型解算时需要大量高精度控制点的问题,提出了一种高分影像辅助下的亚像元精度控制点自动提取方法。通过多地区、多传感器高光谱航测实验表明,亚像元精度控制点能有效提高模型解算精度。新检校模型可获得亚像元校正精度,推扫式传感器——应用型机载成像光谱仪(AISA)建模中误差约为0.39个像元,摆扫式传感器——实用型模块化成像光谱仪(OMIS)建模中误差约为0.23个像元,校正后的影像可直接进行拼接。     

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度，研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案，分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源，利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差，并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明，该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差，提高了陀螺仪的测量精度，且易于工程实现。     

Accuracy of using point targets for SAR calibration

The peak and integral methods for radiometric calibration of a synthetic aperture radar (SAR) using reference point targets are analyzed. Both calibration methods are shown to be unbiased, but the peak method requires knowledge of the equivalent rectangle system resolution which is sensitive to system focus. Exact expressions for the RMS errors of both methods are derived. It is shown that the RMS error resulting from the peak method is always smaller than or equal to that from the integral method for a well-focused system. However, for robust radiometric calibration of SAR, or when nonlinear phase errors are present, the integral method is recommended, because it does not require detailed knowledge of the impulse response and the resulting RMS error is not dependent on system focus     

机器人在轨装配无标定视觉伺服对准方法

针对在轨装配过程中机器人"手眼"关系无法进行有效标定及机器人系统和被操作物惯性参数不定的情况,在传统的无标定视觉伺服基础上设计了深度估计器,基于机器人和图像运动的测量数据在线估计目标特征的深度值,并在机器人关节控制环中设计滑模控制器实时控制机器人关节运动,根据反馈图像信息纠正系统误差完成对准跟踪,通过仿真验证了方法的有效性。所提的无标定视觉伺服对准方法使机器人在装配过程中免去了复杂的"手眼"关系的标定程序,克服了机器人系统及被操作物惯性参数不确定性给装配精度造成的影响,提高了"手眼协调"的鲁棒性,保证机器人能够在复杂的太空环境下完成在轨装配任务。