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.     

转台中心轴线标定误差分析与修正

提出一种标定球和几何变换相结合的方法修正三维激光数字化系统中转台中心轴线的标定误差.该方法首先用8个不同旋转位置的标定球球心计算转台中心轴线,然后利用几何变换将不同位置的球心绕转台中心轴线旋转到零度位置,并计算与初始位置球心的偏差,依据不同位置球心旋转复位的偏差采用几何逆变换推导出转轴偏心的修正公式.在自行设计的三维激光线扫描测量平台上数据旋转拼合精度提高到0.07?mm,实现了多视旋转测量的数据点云在线自动拼合.与以前的方法相比,设计的转轴标定误差修正方法简单、高效,在其它安装转台的测量系统中同样适用.     

基于柔性平面靶标的摄像机现场标定方法

提出一种摄像机现场柔性平面靶标标定方法.该方法仅需在平面靶标上设置少量空间三维坐标已知特征点.在这些特征点中,任意共线的特征点可以确定一条直线,因此可以确定若干条直线.根据在透视投影变换下,直线和直线的交点均为不变量的性质,可获得除已知特征点之外的大量标定特征点用于摄像机标定.基于误差传播理论,对标定点的不确定度进行了详细分析.采用研制的尺寸为100mm×100mm,加工精度为0.01mm的柔性平面靶标,对摄像机进行了现场标定实验,获得了0.032mm的标定精度.     

基于平行直线的摄像机标定方法

针对视觉测量中摄像机镜头畸变对精度的影响问题,提出一种基于平行直线求解镜头畸变系数及摄像机标定的方法.考虑到空间直线在理想摄像机模型下的成像仍然是直线的特点,根据畸变对直线的影响,利用径向畸变的数学模型和参数分解的方法对径向畸变系数进行线性求解;仅存在切向畸变的点和理想点到主点距离相等,采用非线性拟合直线确定理想点的方法求解出切向畸变系数.对标靶点进行畸变校正,计算出摄像机内外方位参数.实验结果表明,该方法得到了准确可靠的标定参数.     

一种改进的投影装置标定方法

摘要： 提出双目结构光三维测量系统中投影装置参数标定的一种改进方法.利用投影装置将格雷码图案投向若干待测场景,两个相机拍摄和解码同样数量的待测场景照片,采用三角形准则恢复标定角点在空间中的位置,仿照相机标定解算的方法获得投影装置标定参数.该方法优势在于不需要特定的标定平面或者标定靶标,可在测量过程中直接对投影装置标定,也可在预标定之后在测量过程中对投影装置参数进行更新.试验验证方法的正确性和有效性.     

基于扩展卡尔曼滤波的舰机相对位姿估测

通过将基于扩展卡尔曼滤波的长序列图像分析方法与单目视觉技术相结合,把无人机自主着舰视觉导引中舰机间相对位姿的估测,转化为机载摄像机对着舰靶标平面3D位姿的实时估测问题.首先根据透视投影理论,建立了以摄像机的透镜中心为原点且Z轴与光轴重合的摄像机坐标系和世界坐标系,然后利用机载摄像机连续拍摄的靶标图像序列,选择描述相对运动的3个欧拉角、平移向量及它们的速度作为状态变量;由靶标角点的提取和帧间匹配,建立了反映着舰靶标上特征点的图像坐标和状态变量之间关系的观测方程,带入扩展卡尔曼滤波器,估测出舰机的相对运动参数.计算机数据仿真和基于DSP平台的半实物仿真试验验证了算法的有效性和鲁棒性.      

基于定点旋转的遥操作前端视觉自标定

为解决遥操作过程中当前端视觉内参数改变时的标定问题,特别是在一些危险的或是人无法到达的环境下,在前端放置标定物用传统的方法进行标定是不可能的,因此采用了一种基于定点旋转的自标定技术来进行标定.对基于定点旋转的自标定方法进行了理论推导,得到了标定步骤.在试验过程中,摄像机固定在一种旋转装置上进行拍摄,采用SIFT(Scale Invariant Feature Transformation)算法对拍摄的图像进行特征点检测和匹配,采用牛顿算法进行计算.为和传统的标定方法进行比较,对自制的平面模板进行拍摄,利用Harris算子对平面模板图像进行角点检测,用传统的标定方法重新对摄像机进行标定.结果表明两种方法得到的答案相近,用传统标定方法标定结果是接近摄像机真实参数值的,说明这种新的标定方法是一种有效的标定方法.      

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.     

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。     

基于平面变换的高精度相机标定方法

针对传统方法未考虑透视偏差的存在,提取椭圆圆心作为真实物理圆心投影点造成相机标定误差的问题,提出了一种基于平面变换的高精度相机标定方法。提取标定板内外边框上的角点,对标定板进行平面变换,将标记点由椭圆投影成近似的标准圆;利用图像矩提取标准圆圆心的坐标,投影回原标定板平面,得到标记点实际圆心的像素坐标;根据圆形标记点实际圆心的坐标,利用张正友标定法完成相机标定。实验结果表明：与传统方法相比,所提方法将相机标定的误差降低了66.169%,有效提高了相机标定的精度。     

基于投影约束的C臂外参数优化方法

C臂外参数计算是手术导航系统实现图像空间与手术空间映射的关键环节.标记点提取误差将使外参数偏离真值.采用投影方法系统分析选点误差对外参数计算的影响,发现相机光轴方向平移参数收敛性弱、易受误差干扰.利用不同平面上投影距离之比作为约束对线性方法所得外参数进行修正.借鉴二/三维图像配准方法,采用修正后的估计外参数与已标定内参数进行重投影,根据几何方法直接求出外参数修正量,避免反复迭代优化.仿真结果表明,该标定方法对误差具有一定免疫性,能够提高外参数精度.      

视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究

针对在三维视觉检测应用中,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究.基于透视投影变换和空间解析几何理论,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型,从而为圆孔(椭圆孔)或圆柱(椭圆柱)类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值.      

基于粒子群寻优的高精度星敏感器在轨标定方法

星敏感器结构设计与安装过程会产生多种误差,主要误差源有星敏感器像平面主点误差、主距误差、倾斜误差与旋转误差,这些误差影响了星敏感器在轨标定的精度。本文根据星敏感器的误差模型,提出了一种高精度的星敏感器在轨标定方法。在已知含有误差的像平面的基础上,构造一个虚拟的像平面。当粒子群优化算法使含有误差的像点投影到虚拟像平面上的坐标与无误差时像点的坐标一致时,再利用Quest解算出三轴姿态角求得两个像平面之间的姿态矩阵,得出两像平面之间的关系。结果表明：星敏感器姿态确定精度较高且比较稳定。这种方法与传统标定方法的优势在于不依靠陀螺信息,原理简单,提高了数据的准确性。     

火星多光谱相机的地面几何标定研究

随着航空航天技术的飞速发展,作为地球近邻的火星成为当今国际空间大国的主要研究目标。为完成火星巡视区形貌和地质探测任务,可直接使用多光谱相机获取的高分辨率真彩色图像作为观测手段。为寻找着陆点,火星多光谱相机应具备精确定位的测绘功能,因此需进行几何标定估计其内方位元素。通过张正友标定算法提供初值,然后以改进的Heikkil?算法完成几何标定,经过分析标定结果的不确定度,探究实验误差来源,提出改进方法,最终获得满足要求的标定参数,为实现图像融合、三维重建等计算机视觉领域奠定坚实的基础。     

基于平行光管与二维旋转平台的长焦相机内参标定

长焦镜头能够采集位置更远的图像,而长焦镜头成像的特殊性对传统相机标定方法提出了挑战。针对这一问题,阐述了一种基于平行光管和二维旋转平台的相机内参标定方法。长焦相机被架设在二维旋转平台上,对放置在平行光管内的透过式棋盘格成像。通过旋转二维平台,改变相机的位置,可以得到不同位置下清晰的棋盘格图像。采集了棋盘格格点的像素坐标以及二维平台的角度数据,建立了合适的模型,优化求解出了长焦相机的内参参数,实现了实验室内对长焦镜头的标定。由模型计算得到的重投影棋盘格角点的图像坐标与在实际图像中检测到的棋盘格角点坐标相比,平均误差约为0.5个像素,这验证了算法的可行性。     

基于CCD和超声的物体位姿检测方法及精度分析

介绍了用单个CCD摄像机和超声传感器相结合检测物体位姿的方法.首先由CCD摄像机采集一幅图像,获取物体上目标点在图像坐标系中的理想坐标,并由此确定该点投影矢量(连接物体点和对应图像点的直线)的方向;然后控制机器人运动,使超声传感器的z轴与求得的投影矢量重合;最后用超声传感器测出投影矢量的长度,确定目标点在摄像机坐标系中的坐标.分析了影响检测精度的主要因素,具体研究了超声传感器的安装参数对检测精度的影响规律,进行了仿真分析.该方法可以有效地降低图像处理所带来的巨大数据量,避开双目视觉中的图像匹配问题,快捷、精确检测物体的位姿.     

自研激光雷达三维点云配准技术

为了实现激光雷达点云与图像重建点云的三维空间配准,基于自研三维扫描激光雷达系统,提出了新型的快速多尺度因子（FMSR）点云配准算法,研究了空间点云配准技术。该算法主要包括初始配准和精确配准2个步骤:初始配准使用基于尺度自适应关键点质量（ASKQ）的点云特征提取算法,提取关键点的特征匹配对,求解点云配准初始参数;精确配准利用K-邻近（KNN）算法全局搜索,提升计算效率,多次迭代得到2组点云之间的最优旋转矩阵、最优平移向量和最优尺度因子。仿真和实验结果表明,所提出的算法对空间目标（尺寸为20.30 m×7.85 m×26.56 m）实现空间点云配准,配准精度达到0.194 m,运行时间为16.207 s;与多尺度迭代最近点（S-ICP）算法相比,配准精度提高了0.131 m,运行时间提高了30%。所提出的空间点云配准技术可为场景重建和纹理匹配提供算法基础。      

基于球投影的面阵探测器扭转角测量与校正

为了消除基于面阵探测器的锥束X射线计算机断层成像(XCT,X-ray Computed Tomography)检测系统中探测器的安装误差对重建断层图像的影响,使投影坐标系准确建立,并与重建坐标系精确配准,提出了基于椭圆拟合的平板探测器位姿参数的估计方法.并在此基础上,从锥束XCT的近似重建算法FDK(Feldkamp)出发,结合空间坐标变换原理,改进了重建算法中投影地址的计算方式,使之能在存在安装误差的情况下准确计算投影地址,重建出正确的断层图像.该方法简单有效,计算量小,无需对系统硬件进行调整.实验结果表明,利用该方法可以有效地消除由于探测器位姿引起的图像伪影.     

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。