面向装配对接的双视觉测量试验系统优化标定方法

针对航空航天、轨道交通零部件装配对接测量与定位过程,为解决测量视场范围大、多种测量设备组合使用步骤烦琐等问题,对面向装配对接的双视觉测量系统标定方法进行了研究。通过构建双视觉测量系统模型,分析系统间各相机参数的关系,在单个双目系统中引入闭环约束,结合LM算法对单个双目系统中的相机参数进行优化,另外采用改进的EPnP算法对双视觉系统进行标定,并结合自行设计的双面一维靶标完成了双视觉系统的全局标定和坐标转换。模拟对接试验的结果表明,该优化标定算法在精度上优于传统算法,并在使用过程中简化测量步骤,提高测量效率。     

单目相机物体位姿估计方法研究

现有的机器视觉通常以边缘轮廓和角点作为特征,因此要求背景单一,对环境结构化依赖程度高。为了拓展机器人的应用范围,使其脱离结构化的环境,提出了一种基于SIFT特征点和PNP技术的单目相机估计目标物体位姿的方法。以BumbleBee双目相机为硬件基础,以C++为开发平台,结合了Eigen计算库、OpenCV图像处理库和Triclops库,开发了单目视觉位姿估计算法,实现在复杂背景下对表面纹理较为丰富的物体的位姿估计。利用试验对所提方法进行了验证,试验结果表明,该算法具有较高的估计精度,可以作为机器抓取的依据。     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

车载大视场视觉惯性组合导航算法研究

车载视觉导航在大角度旋转和高速运动等场景下表现不佳,由于视觉和惯性的误差特性互补,所以视觉惯性组合导航算法有良好的应用前景。大视场相机获取外界信息丰富,但大视场相机采样频率低影响视觉数据采集,而且基于优化的组合导航算法计算速度慢,故提出了一种适用于大视场相机的车载视觉惯性组合导航算法。该算法侧重于数据预处理：设计了基于伽马函数的对比度受限自适应直方图均衡化来降低图像噪声,通过FAST角点与光流法的组合完成特征提取与跟踪,进一步加快了计算速度。引入了惯性数据等效旋转矢量二子样算法来减少数据量和计算量,通过预积分算法为误差优化减少计算量,通过视觉误差、惯性误差以及边缘化误差联合优化来提高精度。与其他组合导航算法相比,该算法精度较高,计算速度最快,与VINS-Mono相比节省时间19.7%。     

摄像机标定研究

目前,摄像机标定是计算机视觉领域中的研究热点之一,其目的是通过摄像机拍摄的单幅或多幅图像来确定摄像机的参数模型,进而获得摄像机的各项参数,在机器人导航、三维重建、生物医疗、虚拟现实、视觉监控、视觉伺服等领域均有广泛的应用前景。本文综述了传统标定方法,自标定方法和基于主动视觉的标定方法的研究现状,对其优缺点作出评价并指出发展方向。     

一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法

针对惯导系统高精度自标定的需求,提出了一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法。通过转位运动对系统误差进行激励,利用Kalman滤波器进行误差估计,同时存储标定数据,待正向导航滤波结束后,利用逆向导航算法对存储数据二次利用,继续进行误差估计,直到所有状态量收敛到一定精度,实现了对数据的充分挖掘。仿真和试验结果表明,该方法可以实现对双轴旋转惯导系统的全参数自标定,提高了标定精度。     

基于直线成像特征的视觉测量系统综合标定方法

针对视觉测量系统存在复杂系统误差的特点,提出一种基于直线成像特征的系统综合标定方法,有效地保证了测量精度.该方法通过对1等量块的平行直线边缘提取,建立量块边缘空间物点位置和像点位置的原始对应关系,利用量块边缘的理想直线特征,通过统计计算对测量系统进行综合标定,建立描述空间物点位置和像点位置的相互对应关系的二元三次标定函数.对在测量范围内不同方位的量块进行多次测量,表明使用这种标定方法标定的视觉测量系统的测量精度能够达到.     

无人机自动着陆中的机器视觉辅助技术

设计了一套辅助无人机自动着陆的机器视觉系统。该系统由机载硬件设备和用户开发软件共同组成,用以完成数字图像处理任务和无人机运动参数估计任务。系统传感器包括一个单目摄像机和机载惯性陀螺;数字图像处理使用的主要算法有图像的轮廓提取、角点检测和模版匹配。基于角点处各个方向上灰度差变化较大的特征,依据最小核值相似(SUSAN)算法和角点几何结构分析,提出一种改进的角点特征提取算法;根据任务开发的位置参数估计算法依据摄像机透视投影理论,运用摄像机成像标定方法导出了一种高精度的位置测量模型。通过计算机仿真表明,所提出的计算机视觉位置参数估计算法可以达到无人机着陆过程的精度要求。     

基于摄影测量的移动机器人末端标定方法研究

移动式机器人原位加工与装配技术已逐步应用于大型构件制造,而机器人末端定位能力是保证其制造质量的关键。针对机器人末端定位过程存在测量范围大、视线易遮挡和动态位姿变化复杂等问题,提出了基于摄影测量的机器人末端标定方法。首先利用摄影测量离线测量加工区域内的定位点,获取全局坐标系下定位点坐标;然后基于后方交会求解相机空间位姿,并标定相机与机器人末端位置关系;最后通过机器人末端相机的在位测量获取移动机器人末端姿态参数。结果表明,在物距为1000 mm时,三维各向位置精度优于0.19 mm、姿态角精度优于0.011°,验证了所提方法的有效性。     

单目主动视觉无人机导引中摄像机内参数标定的线性方法

提出一种单目主动视觉无人机导引中摄像机内参数标定的线性方法,在摄像机主点位置进行预标定的条件下,摄像机只需拍摄一幅着舰平面靶标上的一组正方形图像,无须知道该组正方形的任何几何信息,通过计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程即可线性求解摄像机内参数,仿真实验和真实图象实验表明:该方法在摄像机内参数(如焦距等)需要经常改变的视觉任务,如基于视觉的无人机着舰导引、运动参数估计、三维视觉重建及视觉监控中,使得摄像机内参数的标定具有简便、实时和鲁棒性强的特点。     

惯性导航系统标定滤波方法研究

捷联惯导系统标定技术对提高导航精度十分必要,而惯性导航系统标定选择的滤波方法直接影响到标定的精度。本文对不同状态的滤波估计方法进行了理论分析,利用不同标定仿真环境下所采用的卡尔曼滤波及其他滤波方法,对惯性器件误差及安装误差进行了估计,并通过仿真分析比较了惯性导航标定中各种滤波算法的特点及适用范围,得出了算法的应用建议,对惯导误差模型标定具有一定的工程指导意义。     

基于VC++和CVI的光纤陀螺测斜仪自动化标定与测试系统

针对光纤陀螺测斜仪的标定和导航精度测试,设计了一种自动化标定与测试系统.该系统利用高精度转台作为运动控制设备,数据采集盒以FPGA和DSP作为硬件核心,标定软件采用VC++作为开发平台,转台控制软件采用LabWinows/CVI作为开发平台,两个软件之间通过基于以太网的UDP协议进行通信.通过测试表明,该系统有效降低了人为因素引入的标定参数误差,提高了导航精度,并缩短了标定与精度验证的时间.     

基于航向匹配的磁力计外场无依托标定算法CSCD

三轴磁力计的测量精度会受到自身和环境的影响,因此在使用前必须要进行标定。传统标定方法需要特定的精密仪器和标定环境,或是对计算量和采集数据的方式有较高的要求,针对这些问题,提出了基于航向匹配的磁力计外场无依托标定算法。该算法无需特定精密仪器、对数据采集和计算量的要求也较低,且可以在现场实现有效动态标定。该算法基于航向角是磁航向角与磁偏角代数和的原理,通过等价数学变换构建了磁力计零偏关于姿态角与磁力计测量值的线性模型,最终采用最小二乘法对磁力计的零偏进行估计。该算法可以估计三轴磁力计的零偏,对磁力计的测量结果有较好的补偿作用。实验结果表明,该算法可有效标定三轴磁力计,减小其测量误差。经标定的磁力计可以应用于地磁匹配导航,辅助惯性导航修正其位置误差,尤其是在长直路段内,磁力计标定过程中识别出的磁异常数据可以为地磁匹配导航提供基础信息。     

连续旋转下陀螺敏感轴偏移误差标定与补偿

激光捷联惯导因其具有良好的短期精度和稳定性等优势而被装备在武器、飞机等领域。针对连续旋转下机抖激光陀螺敏感轴偏移造成导航精度下降的问题,建立了机抖陀螺敏感轴偏移误差模型,利用陀螺有限元仿真结果完善该模型。提出了一种标定方法,该方法通过一种新的位置编排方案对6个敏感轴偏移误差进行充分激励,并用Kalman滤波估计出误差参数。仿真试验表明,该方法可以准确标定出敏感轴偏移误差参数。实物试验表明,补偿敏感轴偏移误差后,惯导系统在动态环境下的速度误差减少了80%以上。该标定与补偿方法能提高惯导系统动态导航精度,具有一定工程价值。     

机器视觉导引系统中摄像机的标定方法

针对无人机(UAV)自主起飞与着陆机器视觉导引系统中摄像机的标定问题,讨论了标定摄像机内参数的重要意义,选定了包含畸变因素的摄像机透视投影模型。采用改进两步法进行摄像机内参数标定,结果中主要参数相对误差均小于1%,位置误差小于0.2像素,证明了所选择模型和标定方法的合理性。分析并验证了影响标定精度的因素,包括模型选择、图像拍摄质量和标定靶精度。针对机器视觉导引的应用条件,基本解决了准确、快速标定摄像机内参数的实际问题。     

捷联惯导与里程计组合导航系统标定方法研究

捷联惯导/里程计组合导航系统中,里程计的刻度系数和相对惯组的安装误差角的标定是影响组合导航精度的关键因素.根据工程应用情况,提出经典标定方法和卡尔曼滤波标定方法,并对两种方法进行比较.在标定出刻度系数和安装误差角后,将该数据装订到惯组中进行车载试验验证,将里程计解算的速度和位置与GPS实测值进行比较.试验结果表明:跑车...     

基于位置观测量的光纤陀螺惯导系泊条件自标定方法

当舰船处于系泊状态时,海浪等外界干扰因素会给舰载高精度惯导系统的标定带来误差.为降低动态环境对标定的影响,实现惯导系统的船上自标定,设计了一种系泊条件下基于导航方式的系统级八位置自标定方法.利用光纤陀螺惯导台体处于惯性空间稳定状态下的位置导航误差作为观测量,采用最小二乘方法,可在45min内估计出加速度计零偏、标度因数、安装误差、标度不对称误差、陀螺零次项和基座初始对准误差角共18项误差系数,并采用Monte Carlo仿真方法分析了不同系泊环境条件对自标定精度的影响.仿真结果反映了标定方法对海态晃动条件的适用范围,对工程应用具有参考价值.     

捷联航姿传感器的误差补偿标定方法

磁航向传感器作为机载设备,它的工作情况与载体环境的影响有着密切的关系,测得的磁航向角存在着较大的误差,不能直接用来进行导航定位。所以,必须对其进行误差补偿,提高磁航向角的测量精度,才能用于导航定位。罗差是磁阻罗盘的主要误差源,文中介绍了罗差方程式,并重点推导了基于最小二乘法的七参数八位置误差标定方法。基于该方法的磁航向补偿算法的性能试验结果证明,磁航向误差基本维持在0.5°左右,满足了精度的要求。     

基于视觉的大尺度部件相对位姿实时测量方法研究

相对位姿是装配过程中的一项重要监控项。针对大尺度部件对接过程中的相对位姿测量需求,提出了一种基于视觉的相对位姿实时测量方法。该方法利用单目视觉技术,通过采集合作靶标的图像,实时解算大部段间的相对位姿,用于辅助大尺度部件的装配。首先,设计了一套相对位姿实时测量系统,包括搭载单目相机的视觉测量单元,以及用于辅助位姿解算的合作靶标;其次,对相对位姿测量的完整流程进行了研究,包含系统标定方法与实时位姿解算方法;最后,在实验室环境下对位姿测量系统的精度进行测试。试验结果表明,位姿测量系统在垂直于光轴方向的重复精度可达0.02mm,沿光轴方向重复精度优于0.2mm,输出位姿结果时间低于0.3s;对多测量单元组网测量进行了仿真计算,垂直于光轴方向的重复精度优于0.1mm,沿光轴方向重复精度优于0.2mm,输出位姿结果时间优于1.3s。试验结果表明,提出的方法可满足一般大尺度部件对接过程实时位姿监控与对接状态评估的需求。     

面向机器人航天员的球形目标识别与定位方法研究

针对机器人航天员在典型目标识别与定位方面的问题,提出一种球形目标识别与定位方法,利用目标颜色特征和形状特征实现了目标识别,采用空间射影几何方法推导了单目视觉空间球定位公式,建立了硬件试验环境,在此环境下实现了基于彩色相机的单目视觉定位、双目立体视觉定位以及融合TOF相机和彩色相机的视觉定位方法。通过真实试验和仿真实验对这些方法进行了比较分析,得到了各自的适用条件,为工程应用中具体方法的选择提供了依据。