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。     

非接触测量中三种标定方法与精度评价

介绍了目前常用的三种回转轴标定方法标定原理和数据拼合算法。通过标定球不同位置旋转测量实验来比较并验证这三种标定方法测量精度的高低。实验结果表明基于"测试工装"标定方法较基于高度不同的两个标准球标定方法和基于一个标准球的标定方法精度更高,达到了数微米,其误差主要取决于标定工装基准面和基准孔的形位公差值的大小以及千分表找正工装的精度。基于"测试工装"标定方法更适合航空发动机叶片高精度高效率检测的要求。     

单轴旋转惯导系统多位置对准技术研究

单轴旋转惯导系统很容易实现多位置对准,在初始对准中通过改变姿态矩阵,可以提高惯导系统的可观测度,从而提高初始对准的精度.推导了单轴旋转惯导系统的误差方程,在分段线性定常系统理论的基础上,利用奇异值分解的方法,对多位置对准时系统各状态变量的可观测度进行了分析.分析了旋转轴不正交误差对初始对准精度的影响,结果表明旋转轴不正交误差严重影响对准精度,需要对旋转轴不正交误差进行标定和补偿.提出了一种旋转轴不正交误差的标定方案,并对该方案进行了仿真分析,验证了该方案的可行性.     

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.     

一种基于输出误差观测的冗余MEMS-IMU标定技术研究

针对传统六位置标定存在标定步骤复杂、标定时间长等问题，同时随着MEMS器件冗余数目增加和冗余配置结构复杂化，利用分立标定技术实现器件误差参数辨识的难度进一步增大，且不同配置结构所采用的标定方法存在通用性较差的问题。因此提出了一种基于Kalman滤波的冗余MEMS-IMU分立标定方案。该方案首先采用小角度建模法实现安装误差的精确建模；然后针对直接以转台三轴角速率为观测值，导致部分状态量不可观的问题，提出了以器件的输出误差值作为观测量、以器件误差参数作为状态量设计Kalman滤波器；最后设计了高精度三轴转台转位编排方式，并利用四陀螺冗余结构进行标定仿真试验。仿真结果表明：该标定方法与六位置标定方案相比，标定精度平均提高了11.37%，可实现MEMS器件误差参数的快速辨识，对实际工程实践具有一定参考价值。     

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。     

单目机器视觉测距技术在无人机自动着舰中的应用

介绍了机器视觉的概念，探讨了机载单目机器视觉在无人机自动着舰方案中的应用。在对前方舰艇进行快速探测以及对摄像机进行预先标定的基础上，本文利用机器视觉理论与方法，以及摄像机内部参数和透视投影几何关系，计算无人机与前方舰艇相对距离。最后展望了机器视觉的发展及应用前景。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

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。     

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.     

ADS-B用于高精度雷达标定的方法

为了更好地解决高精度雷达标定的问题,提出了基于广播式自动相关监视系统(ADS-B)固定误差及目标回波中心动态修正的雷达标定新方法。首先分析了ADS-B位置数据误差的来源、类型及在雷达坐标系下的特征,同时对民航目标回波中心的变化作了分析建模,在此基础上进一步通过对雷达数据与ADS-B数据之差作动态联合修正,最终估算出雷达系统误差,提高了雷达系统误差标定的精度和稳定性。并利用多批次的实测数据对该标定新方法与其他方法进行了对比验证,结果表明,该方法有效提高了标定的精度和稳定性,并已成功应用于雷达标定设备中。     

四加速度计组合的测试方法研究

探讨了将四只加速度计在分度头上标定其误差模型系数的方法。通过推导分度头角位置误差与各加速度计输出、误差模型系数之间的关系,计算出分度头角位置误差不影响标定因子的标定精度,分度头角位置误差的二次及以上谐波成分对加速度计误差模型系数的标定结果也没有影响,即仅有角位置误差的一次谐波影响标定精度。针对分度头角位置误差进行检测,可分离出角位置误差的一次谐波,将其进行补偿后可进一步提高误差模型系数的标定精度。仿真分析验证了该测试方法的有效性。     

受限资源下制导武器末制导机器视觉技术研究

针对精确制导武器末制导机器视觉技术应用需求,研究了基于卷积神经网络的、针对复杂背景及小目标的自主目标检测识别算法,并分别进行了网络性能评估和硬件资源需求定量评估。针对最优算法,提出了基于嵌入式受限资源下的高精度神经网络压缩算法,并对算法进行了普适性评估。基于GPU嵌入式平台,实现TensorRT路线网络优化,并在速度和精度两方面均衡考虑下,对裁剪与量化算法进行了详细实验验证。实验结果表明,高精度神经网络压缩算法在硬件资源受限条件下,可以有效提升推理速度,最终经算法优化后的网络结构,可以获得3倍以上的速度提升,网络精度损失小于5%。     

一种基于张氏标定法的单目相机改进标定算法

单目视觉在地面机器人等无人导航系统中的应用越来越广泛,而相机参数的标定是利用视觉进行导航的基础性工作。标定结果的好坏,直接影响导航性能和定位精度。主要考虑单目相机的径向畸变,基于张正友平面标定法,通过利用Matlab进行图像预处理、利用OpenCV进行Harris角点检测和亚像素精确化等方法在角点提取精度等方面进行了改进,通过重投影法对标定结果进行了评估,并将其与Matlab相机标定工具箱Toolbox_calib所得结果进行了比较。实验结果表明,改进的标定算法标定结果精度更高,并且对多个摄像头传感器均有效,适用性强。     

基于平台系统的姿态角传感器测试误差机理分析

新型号惯性稳定平台系统对自瞄准和自标定精度提出了更高的要求,而平台的自瞄准和自标定都需要高精度的姿态角传感器。为了满足系统对传感器的精度要求,在硬件上面无法提高的前提下,软件的补偿是一种更好的选择,而为了进行软件误差补偿,就必须对传感器建立误差模型,而误差模型的建立需要高精度的测试方法,本文就对现有的精度测试方法进行分析,分析测试中各种因素对传感器标定精度结果的影响机理,并通过仿真验证了理论分析的正确性,为后续的传感器高精度标定及误差补偿提供依据。     

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ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

基于低精度离心机的平台惯导系统加速度计高精度系统级标定方法

高动态、大过载是未来导弹、飞行器的标志性特征,这一特征对惯导系统性能指标尤其是加速度计的性能指标要求尤为严苛.针对此,分析了平台惯导系统加速度计主要非线性误差(标度因数对称性和二次项系数)的传统离心标定方法的缺陷,提出了基于低精度离心机的平台惯导系统加速度计高精度系统级标定方法.该方法是利用惯导系统的速度和位置误差积分作为观测量进行Kalman滤波估计,不仅能对加速度计的非线性误差进行更有效估计,而且能克服传统离心标定方法对离心机的高精度要求.最后通过离心试验验证了该标定方法的有效性,试验结果表明,加速度计非线性误差补偿后的速度和位置误差小于补偿前相应误差的25％.     

永磁同步电机霍尔位置传感器自标定算法研究

为提高采用霍尔位置传感器的永磁同步电机控制效率,解决标定精度低的问题,提出了两种自标定算法。对提出的霍尔位置传感器自标定算法进行了建模仿真和算法编程验证,将标定后的霍尔传感器得到的转子位置与通过旋转变压器测得结果对比,验证两种自标定算法的准确性。结果表明,所提的霍尔位置传感器位置自标定方法既可以提高标定效率,也可提高获取转子位置的准确度,为实现电机的精准高效控制提供保障。     

捷联惯性测量组合双位置射前标定方法研究

从理论上探讨了捷联惯性测量组合射前标定方法,以挠性陀螺捷联惯性测量组合为主要研究对象,根据导弹临发射前的特点,提出了一种双位置射前标定方法。该方法充分利用导弹发射前的信息,合理选择标定位置,对影响导弹命中精度大的不稳定误差参数进行标定。理论分析和实验结果表明,该方法可以对捷联惯性测量组合主要误差参数进行射前标定,从而提高捷联惯性测量组合的使用精度,放宽其稳定性要求。