一种自由曲面视觉测量三维数据拼接方法

提出一种利用标志点构建全局测量控制点的视觉测量三维数据拼接方法.在被测自由曲面上粘贴标志点,并在被测区域放置基线尺,采用1台数码相机在不同视点拍摄标记点和基线尺图像,由此求解数码相机在不同视点的坐标系变换关系.在此基础上,根据立体视觉模型确定标志点三维坐标,转换到全局坐标系下,形成全局测量控制点.视觉传感器在不同位置对各局部区域进行三维扫描,获得局部区域内标志点在局部测量坐标系下的坐标,通过至少3个非共线标志点解算局部坐标系到全局坐标系的变换,从而将实现局部三维数据的拼接.该方法操作简便,适合现场使用.实验结果表明, x,y,z 坐标的拼接误差分别为0.03mm,0.02mm,0.07mm.     

多视觉检测系统的世界坐标唯一全局标定方法

提出一种世界坐标唯一全局标定方法,以双电子经纬仪三维测量系统为总体测量坐标系,在现场直接获得多视觉检测系统中各个视觉传感器在此测量坐标系下的特征点作为标定点,从而一次实现全部传感器的全局统一(标定),无需任何中间坐标系的转换环节,只有唯一的双经纬仪三维测量坐标系,坐标转换环节少,标定过程简单.对双经纬仪三维测量系统的像坐标和物坐标测量精度进行了分析,给出了实际测量中经纬仪获得较高测量精度时的取点范围,针对一实际的结构光多视觉检测系统进行了标定实验,获得了RMS(Root Mean Square)误差不超过0.24mm的标定精度.      

基于相位匹配的大视场视觉检测系统

针对三维测量大量程和高精度测量问题,提出一种新型双目视觉检测系统.该系统通过向被测物投射间距可变的光栅条纹,将不同曲率的被测表面进行相位编码,由相位匹配得到被测物稠密的立体匹配点云;再由标定出的摄像机内外参数计算出被测物的精确三维坐标.为了解决传感器单元测量区域较小的问题,系统通过步进电机控制传感器移动,获取大型物体的全场三维数据点云;最后利用四元素法,实现大型物体的三维数据拼接.该系统长度测量标准差为36 μm,角度测量与坐标测量机(CMM)测量结果的相对误差0.2％.给出了某V型面三维实测的数据重建结果.对某大型特件(360 mm×300 mm)经过三维拼接正确复现了其三维形貌.该系统对于解决大型构件三维形貌的在线高精度检测问题具有较高工程应用价值.      

一种点扫描形貌测量系统的现场标定方法

针对三角法点扫描形貌测量系统结构参数标定的非线性问题,提出并实现了一种简单易行的系统结构参数现场标定方法.利用二维靶标在测量空间内自由摆放,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,基于坐标系转换实现了点扫描形貌测量系统结构参数的精确标定.通过对平面及已知直径圆柱面进行测量,利用测量点到拟合平面或圆柱面的距离评价了系统标定的精度.所提标定方法无需精密调整靶标位置,具有较高的可靠性与实用性;也可用于其它基于三角法原理的三维形貌测量系统结构参数的标定.     

十字线结构光视觉传感器的标定方法研究

基于结构光三维视觉测量原理，搭建了一套非接触式的十字线结构光视觉传感器。为获取投影光条上采样点的三维空间坐标，建立了该传感器的数学模型，研究了其结构参数的标定方法。应用张正友标定法和棋盘格标定板完成了传感器结构参数的标定，确立了被测点的图像坐标与其空间三维坐标之间的映射关系，并进行了试验验证。试验结果表明，标定结果可以使传感器实现预定的三维测量功能，对飞机蒙皮钻孔点位法矢的重复性检测精度可以满足使用要求。     

面向立方星的相对位姿测量视觉传感器设计

针对立方星在轨服务任务中的近距离相对导航问题，提出一种相对位姿测量视觉传感器设计。为应对空间复杂的光照条件，设计一种具有多层结构的立体靶标，选取波长为850nm的LED灯作为立体靶标的光源。在相机镜头处安装850nm的红外窄带滤镜以提高立体靶标成像质量。为提高视觉传感器的测量精度，提出一种迭代直接求解(iterative direct solution, IDS)的相对位姿估计算法。该算法直接利用立体靶标上的非共面点提供的深度信息获得初始相对位姿，然后引入Haralick迭代算法来优化初始测量结果。搭建六自由度实验平台对该视觉传感器进行性能测试。实验结果表明,该视觉传感器能克服背景光的干扰，且提出的 IDS相对位姿估计算法的精度优于经典的P3P算法和EPnP算法。     

基于靶标成像双目视觉坐标测量方法研究

提出了一种利用手握式靶标实现双目视觉三维坐标测量的新方法。利用空间透视变换建立了非线性测量模型,介绍了基于Newton非线性迭代的测量方程的求解方法。以矩阵分析理论为基础,讨论了影响测量方程求解的因素,并提出了方法中重要部件手握式靶标上特征点分布的基本约束条件,为这一方法在实际应用中获得较高的测量准确度提供了较为完善的理论分析依据。通过数值分析与计算,验证了理论分析的正确性。     

一种空间视觉测量子系统用半导体 激光器驱动电路设计

针对面阵静态红外地球敏感器的现场标定,提出基于规则小孔平面靶标的现场标定方法.将小孔平面靶标固定放置于面源黑体前方,在光学视场测量空间内,多次调整红外地球敏感器的摆放位置,以采集多幅不同位置、不同角度的红外靶标光点图像.使用等高层最小二乘椭圆拟合方法精确提取靶标红外光点的中心坐标,获得特征点信息.利用红外靶标图像和图像特征点计算面阵静态红外地球敏感器光学系统的焦距和主点坐标.试验结果表明,该标定方法简单灵活有效,便于调试现场操作.目前,该方法已在面阵静态红外地球敏感器研究中得到应用.     

基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法

分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法确定光平面测量坐标系到设计坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度.     

基于面阵靶标的摄像机定向技术研究

提出一种相机定向方法.在透视投影和坐标变换的基础上,应用靶标与其像点的单应性,建立靶标坐标系与摄像机坐标系之间的转换关系,从而确定摄像机在靶标坐标系中的姿态、位置,通过在三坐标测量机上的实验表明该定向技术的正确性,该技术在相机定向领域有一定的实用价值.     

A model-free method for attitude estimation and inertial parameter identification of a noncooperative target

Determining the attitude and inertial parameters of a noncooperative target is essential in an on-orbit servicing mission. Various methods based on machine vision have been proposed, but most of them require the 3D model of the target. This paper proposes a model-free method through sequentially registering point clouds captured by a depth camera. Our main contributions are the avoidance of the ambiguity in registration, and the combination of the multiplicative extended Kalman filter and the pose graph optimization to reduce the effect of measurement noise and drift error. A hardware experiment was performed to generate the sequence of point clouds of a three-axis free-floating target and validate our method. The result shows that the proposed method outperforms existing methods and effectively identifies the inertial parameters, including the normalized principal moments of inertia and the orientation of principal axes.     

基于结构光的空间大目标特征重构与位姿测量

针对因缺少空间非合作大目标的全局特征而难以实现相对位姿测量的问题,提出利用点状光源与单目光学相机组成点结构光视觉测量系统进行特征重构与位姿测量的方法。以非合作大目标上尺寸未知的局部矩形特征为测量对象,首先建立点结构光视觉测量系统相对位姿测量模型;接着利用相对约束关系给出特征重构方法并获得隐性特征点;然后利用特征点计算测量系统与非合作大目标之间的相对转移矩阵得到相对位置和姿态。通过数字仿真校验该方法的有效性并对测量误差因素进行分析,仿真结果表明该测量方法是有效的。     

整流罩分离过程中运动位姿测量技术研究

针对整流罩分离过程中的空间目标三维位姿跟踪测量,设计了双目视觉测量系统,完成整流罩关键点的空间三维坐标测量。基于各特征点的图像处理、识别及跟踪测量算法,结合极线约束匹配,实现目标点的精确立体匹配,可完成不同目标特征点的三维空间坐标解算,进而获取不同运动姿态时的速度、加速度等关键信息,为整流罩机械设计、动力学设计提供参考依据。     

光学坐标测量机的搭建与实现CSCD

为了高速高精高效地完成中小型复杂型面零件的测量,基于激光位移传感器和三坐标测量机等搭建了非接触式的光学坐标测量机,从而将测量机和光学测头的优点结合起来以应对空间自由曲面的测量任务。通过测头标定技术获得测量光束所在直线的单位方向向量,进而将激光测头的一维距离值转化为测量光斑的三维坐标值,然后通过坐标系转换将此坐标值转化到统一的测量机坐标系下,进而完成被测曲面三维点云的创建。最后,对一个直径已知的球在10个不同方位进行测量,通过点云数据拟合球面方程得到其直径作为测量结果,所得各次测量结果的误差均小于0.05mm,充分说明所搭建的测量系统的有效性。