基于图像的经纬仪测量目标快速瞄准技术

电子经纬仪是一种高精度的测角仪器,由多台高精度电子经纬仪构成的测量系统可以实现三维坐标测量,用于对大型工业产品的几何检测。但经纬仪在测量过程中仍然需要人工瞄准目标,存在速度慢、效率低、人为因素影响大等不足。实现经纬仪自动照准目标功能将是一个新的发展方向。提出一种基于图像的自动瞄准技术,通过在经纬仪上安装一台相机获取待测目标点的图像,利用图形目标识别技术获取目标点图像坐标,依据相机与经纬仪的空间关系可以获得各目标点相对于经纬仪的初始角度,从而实现目标点的快速概略定位,理论推导及实验证明本方法能够准确有效的获得目标点的概略位置。     

基于单目三维重构的空间非合作目标相对测量

为了解决非合作目标的相对测量问题,提出了一种基于单目图像序列目标重构结果的非合作目标相对位姿测量方法。该方法将目标的三维重构与相机的位姿信息计算相结合,首先利用观测前期得到的图像序列,通过非线性优化算法计算得到目标上部分三维点坐标;然后基于该三维点集合,建立递推深度模型,对相机的相对位姿信息和新观测到的目标点同时进行卡尔曼滤波估计。航拍测量试验表明,随着图片数量的增多,精确重构点的比例（重投影误差小于1个像素的点）不断提高,80%的图像中精确重构点比例优于89%;基于公共数据集的试验表明,该算法对姿态估算精度可达1°以内,位置测量的精度可达到2cm以内。以上试验结果表明,该算法具有较高的测量精度。     

国产工业摄影测量相机精度测评CSCD

专业的工业摄影测量相机作为摄影测量的基础,其成像质量对测量精度有着直接的影响。目前,国内的专业摄影测量相机的发展比较缓慢,且质量参差不齐,研究合适的测试方法对国内专业测量相机的精度进行测评已刻不容缓。以CIM-1相机为例,从坐标重复性、标准长度等方面对国内工业摄影测量相机的精度进行了分析研究。通过与目前国际上比较认可的INCA相机进行了实验对比,并对实验结果进行了分析评价,得到一些比较理想的结论。为我国工业摄影测量系统检定规程的制定提供参考依据。     

气膜孔轴线方向的视觉测量技术研究

针对高压涡轮叶片气膜孔的轴线方向测量难题,将非接触式的视觉测量技术与常规的多轴坐标测量技术相结合,搭建了气膜孔五轴视觉坐标测量系统,以在气膜孔的测量方法和设备方面开展探索与研究。为了获取被测气膜孔的轴线矢量参数,提出了采用景深合成技术来实现气膜孔形貌的三维重建,并将工业相机获取到的图像序列转化为三维物理数据的测量方法,而后通过空间直线拟合获取到了被测气膜孔的轴线矢量,以表征气膜孔的轴线方向。为了验证该方法的有效性和可行性,选取某型高压涡轮导向叶片作为被测物体,应用该测量系统对其前缘部位上的目标气膜孔进行了轴线矢量参数的10次等精度重复测量试验,轴线角度的重复性测量误差不大于0.30°,从而提供了一种气膜孔轴线方向的测量技术解决方案。     

TOF相机在空间近距离目标探测中的应用研究

3D TOF相机具有同时获取目标的灰度和深度图像的功能,从而能够实时得到目标物体的三维点云,实现三维成像.主要介绍了3D TOF相机的工作机理以及应用场景等,同时模拟空间近距离目标探测的应用对目标进行成像研究,分析了不同条件下对目标物成像的影响因素以及相机的误差来源和误差的校正方法,并通过相机对深度信息的获取,对相机的距离探测精度进行了测试.     

航天飞机上的大幅面相机

[据英国《国际飞行》1978年10月21日报道] 美航宇局与艾特克光学系统分公司签订了一项价值490万美元的合同,研制航天飞机上用的大幅面相机。使用这种相机可得到高分辨率的照片。每幅照片可覆盖165公里×335公里的地球表面。该相机是一种摄影测量设备。这就意味着这种相机是经过精确校正的,因此可将照片上的测量数据直接转换成地面上的实际距离。     

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Kinova机械臂RGBD相机的目标抓取

在轨服务与维护是未来航天技术的重要发展方向.在轨服务如燃料加注、剪切与操作电线、旋拧盖子和拆装阀门等任务,具有负载轻、近距离感知及精准定位和抓取等特点.针对这些应用场景,采用轻量化机械臂Kinova及自带彩色和深度(red, green, blue and depth, RGBD)相机进行感知、定位和抓取,完成地面验证实验,为在轨服务提供理论支持.介绍了机械臂抓取系统的研究背景并描述开发平台及其特点,以及相机标定、彩色相机与深度相机配准原理.利用机器人操作系统(robot operating system, ROS)的坐标变换树得到彩色图像目标像素在世界坐标系的坐标位置.针对特定的抓取对象提出基于色调、饱和度和亮度(hue, saturation and value, HSV)颜色空间图像分割方法,进行目标检测、分割以及空间定位,实验环节机械臂根据视觉定位结果完成目标抓取过程,证明了颜色空间图像分割方法和深度图结合定位的有效性,为在轨服务提供了理论验证.     

一种非合作目标模型快速测量方法

服务航天器跟踪、接近和捕获目标时,需要快速获取目标卫星局部模块的精密3D轮廓。文章研究了一种基于结构光的单目测量系统,能够同时满足三维测量速度快、精度高等需求。提出了一种黑白DeBruijn序列编码方法,使用单张相机图片就可以完成重建,采用黑白条纹,增强了对空间反射的抗干扰能力。相比较于双目测量方法,该方法认为投影装置模型和相机模型一致,省去了图像匹配步骤,有效减少了计算时间;采用迭代的方法对点云进行重建,不需要预先进行畸变校正。以卫星模型为目标,使用高速相机进行了重建试验,试验结果表明采用这种方法进行重建时,采集图像时间短,深度信息误差为0.0583mm,速度和精度都能满足非合作目标的三维测量要求。     

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。     

大尺寸工件直线度视觉测量系统中摄像机标定的研究

根据大尺寸工件直线度激光视觉测量系统的现场标定需要,从分析点结构光传感器模型入手,推导了计算机像平面坐标系到世界坐标之间的映射关系,借助转轴实现系统旋转扫描测量;介绍了系统中摄像机坐标系、传感器坐标系、转轴坐标系、标定块坐标系及全局坐标系等各个坐标系的转换关系,结合测量系统特点设计了特有的靶标,提出了适于大尺寸工件视觉检测系统摄像机参数及全局标定方法。实验表明,该方法快速,可用于现场标定。     

一种基于立体标定件的双摄像机外参数标定法

对于应用于现场测量的立体视觉测量系统,两摄像机间的外参数标定是保证系统测量准确度的重要环节之一。介绍了一种利用立体标定件实现系统外参数标定的方法,其特点是只要两摄像机同时拍摄一幅标定件图像,利用标定件上的球形特征点与其成像点之间的共线性约束建立共线性标定方程组,通过Levenberg-Mar-quardt迭代优化算法分别确定两摄像机与世界坐标系的关系,最后利用世界坐标系作为中介,将两摄像机间的外参数求出。同传统标定方法相比,该方法简单、快捷,鲁棒性好,可用于现场标定。     

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.     

基于单幅立式标靶图像的单目深度信息提取

针对在智能车中车载单目视觉系统已经检测到路面障碍物的情况下,计算障碍物相对于本车的距离问题,提出了一种仅利用单幅标靶图像且无需相机内部参数的图像深度信息提取方法．该方法利用一种放置于相机前方的立式标靶,建立图像纵坐标像素与实际成像角度之间的映射关系,结合投影几何模型实现实时深度信息的提取．依据立式标靶图像的特点,设计了包括标靶图像感兴趣区设置、模板匹配、候选点聚类、筛选及精确定位等处理的亚像素级角点检测及定位算法．实验结果显示,该方法具有较高的测量精度及实时性．相对于在路面摆放参照物的方法,该方法无需大标定场地且规避了数据拟合引起的误差．同时该方法标定只需一幅图像,过程简单,便于实际应用．      

顾及星像点分布的恒星相机在轨检校

由于卫星发射前后以及在轨运行过程中,环境因素的变化都可能引起恒星相机参数发生改变,从而导致星敏感器姿态测量精度下降.将多片空间后方交会方法应用于恒星相机的在轨检校.在利用该方法检校时,实验发现检校结果的精度受到参与检校的恒星影像上星像点分布的影响,由此进一步提出了凸包面积百分比准则,该方法自动选取分布较好的影像用于检校,有助于提高检校精度.实验结果证明:基于后方交会进行恒星相机在轨检校时,利用凸包法选取的影像片进行检校的精度明显优于未选片时检校的结果.      

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。