基于主动视觉的手眼矩阵和光平面标定方法

为解决现有基于主动视觉方法标定手眼矩阵和结构光平面操作较复杂的问题,提出一种基于主动视觉的同时标定手眼矩阵和光平面的方法。通过精确控制机器人做两次相互正交的平移运动,求解手眼矩阵的旋转部分;而后通过两次及以上带旋转运动,求解手眼矩阵的平移部分和光平面方程。该方法简单,无需使用特定靶标,标定过程只需3个特征点,即可实现机器人手眼矩阵和光平面方程的标定;实验结果证明了该方法的有效性。

使用非特制靶标实现线结构光平面标定

为解决在线结构光测量系统中因缺少特制靶标而无法高精度标定线结构光平面的问题,基于立体视觉原理及线结构光测量系统提出了一种使用非特制靶标的线结构光平面标定方法。该方法采用非特制靶标,将靶标放置于线结构光平面上,利用视差法获取线结构光投影在靶标上形成的点云集,通过更换靶标姿态重复获取多个点云集。采用最小二乘法对所采集的多个点云集进行平面拟合,确定结构光平面参数进而完成对平面的标定。分别采用人体手臂和304钢板充当靶标利用所提出方法完成线结构光平面标定,用该标定的结构光平面进行5种正方形工件的尺寸测量,实验证明提出的标定方法测量精度平均约为±0.056 mm。该方法能够在不需要特制靶标的情况下完成标定,满足测量系统的精度要求。

加工中心工件在机三维检测系统的光平面标定

为了满足加工中心在机检测的实时性需求,实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光传感器,提出了一种基于同心圆平面靶标标定线结构光平面参数的新方法。该方法将三点透视模型和交比不变原理相结合,在线结构光传感器的视觉范围内通过移动同心圆平面靶标,计算得到光平面上多组标定点的三维坐标,进而使用最小二乘算法确定光平面方程,通过标定和检测实验分析并验证了该方法的有效性。该方法具有标定算法简单且操作灵活方便等优点,适合加工检测等领域的现场标定。

基于消隐点的线结构光传感器光平面标定方法

光平面高精度标定是实现线结构光传感器精密测量的关键,提出一种基于消隐点的光平面标定方法。首先控制平面靶标或者传感器作一组平移运动,得到光平面中一组平行的激光条纹图像;然后通过提取光条与标定板网格线交点,构造出光平面中第二组平行直线,计算两组平行直线的消隐点并利用向量叉积标定光平面的法向;最后计算光平面上两特征点之间的实际距离,并根据这一约束条件,标定得到光平面方程的其余参数。通过与多种标定方法进行对比实验,结果表明本方法具有更高的标定精度,结合工业机器人对厚度为7 mm的标准量块进行测量,平均测量误差为0.013 mm。与基于两组平移运动的标定方法相比,本方法进一步减少了人工参与,提高了标定效率。

基于平面法向量的线结构光视觉传感器参数标定

为解决线结构光传感器精度低且易受环境干扰的问题,提出一种标定方法。此方法以棋盘格为靶标,使用一种新的角点快速定位算法进行相机标定;使用Steger算法提取图像激光中心点后结合Huber损失函数拟合出光条直线;通过相机内外参标定两个平面的法向量,两法向量叉乘后获得激光光条在相机坐标系下的点向式方程;对提取的多条激光光条进行等距取点后利用最小二乘拟合出激光平面。使用3种方法进行对比实验,验证了此方法的有效性,同时对长为7 mm的标准量块在此系统下进行测量,其平均测量误差为0.036 mm。与传统方法相比,此方法具有较高的精度与较好的鲁棒性,能够适应较复杂的环境。

一种线结构光平面的标定方法

为了线结构光平面标定的准确性和高效性,以及提高线结构光平面标定方法的普适性,提出了一种基于2维圆形标靶的线结构光平面标定方法。采用光条提取算法得到照射在2维圆形标定靶任意位置处光条中心点的亚像素坐标值,将光条上所有点拟合成直线,交圆形标定靶每列靶标连线于一点;得到每列靶标连线与拟合出的光条中心线交点后,连接交点与相机光学中心形成一条直线;联立该连线的直线方程与像素坐标系下两条交线的直线方程,以及2维圆形标定靶所在平面的方程,求解出每个交点在相机坐标系下的坐标;最后采用最小二乘拟合算法进行平面拟合,得到了所求光平面方程;介绍了该标定方法的基本原理和实现过程,搭建实验系统对其有效性进行了验证。结果表明,用该方法求取光平面的平均测量误差可以达到2.36737 mm,鲁棒性高,且标定流程十分简便,适用于一般的工程应用和机械加工过程。该研究为线结构光传感器的光平面标定提供了参考。

基于主动视觉标定线结构光传感器中的光平面

提出了一种基于主动视觉的光平面标定方法实现对线结构光传感器的自动标定。与以往求取光平面上标定点后拟合平面的方法不同,该方法通过控制传感器做若干平移运动分两步完成标定。首先,经多次平移运动得到光平面中相互平行直线在摄像机中的投影,经计算消影点完成光平面法向的标定。然后,控制传感器沿设定的与光平面法向垂直的方向做2次平移运动,使其满足三点透视模型(P3P),完成摄像机坐标系原点到光平面距离信息的标定。实验结果表明:该标定方法具有较高的准确性,平均绝对测量偏差为0.015 4mm,相对误差为0.183 0%。该方法本质上属于自标定方法,标定过程无需使用标靶,降低了标定成本,且操作灵活方便,适合现场标定。

视觉测量中光平面的标定方法研究

讨论了基于视觉的激光扫描测量中,光平面的直接标定方法。为了进一步提高系统的测量精度,在研究了投影矩阵与坐标变换关系的基础上提出了一种光平面的间接标定法,利用标定靶平面所确定的约束关系,通过投影矩阵求解光条上特征点的世界坐标,再建立超定方程组求解光平面的法向量。该方法提高了光平面的标定精度,进而提高了三维重建的精度。最后通过实例对两种标定方法在三维重建中的精度进行了比较。

非特制靶标的结构光视觉自动标定系统

为解决现有结构光视觉装置的标定方法需要高精度特制靶标且标定过程复杂的问题,实现标定过程的流程化,提出了一种基于非特制靶标的结构光视觉自动标定方法,并构建了相应的自动标定系统。该系统控制机器人带动结构光视觉装置做两组运动对非特制靶标拍照,第一组运动通过8次平移和3次末端姿态改变运动,利用靶标平面的特征点信息并结合机器人的姿态信息获取相机参数和手眼参数,第二组运动通过5次平移,利用相机外参数和机器人的位移信息求解出光平面方程。采用具有清晰图像信息的卡片式物体作为靶标,利用所提出的方法完成线结构光平面标定,精度验证实验结果表明,系统对靶标的选择有较强的适应性,在测量30 mm、50 mm和60 mm标准块时,平均绝对误差均值为0.049 6 mm,相对误差均值为0.11%,标定精度能够满足毫米级的测量要求,能适应如焊缝跟踪、物体测量等工业现场对结构光视觉装置的要求。

基于线结构光的零件三维尺寸测量系统

针对原有接触式三维测量技术测量时间长、效率低、对零件有损伤等问题,提出一种基于线结构光的零件三维尺寸测量系统。建立光平面数学模型,采用基于平面靶标的自由移动标定法标定光平面,利用基于Hessian矩阵的Steger方法对线结构光中心提取,通过坐标变换得到零件的三维尺寸。在Visual Studio软件中的Winform窗体应用设计三维测量系统的软件交互界面,搭建实验测量平台进行多个零件的测量实验。实验结果表明,对不同零件三维尺寸测量相误差均小于4%,提出的测量系统及方法具有较高的精度和稳定性,能够满足工程应用。

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。

线结构光扫描传感器结构参数一体化标定

为了精确快捷地标定线结构光扫描传感器的结构参数,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想结合L-M非线性优化算法能快速精确地完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点完成对线结构光平面精确标定。文章还介绍了如何获取激光交点以及精确提取交点坐标的方法,通过设计相关实验验证了本文方法的可行性,使系统精度优于24μm,能满足实际测量要求。

线结构光传感器模型的简易标定

为了现场完成线结构光视觉传感器中摄像机和光平面的同时标定,提出了一种基于单一圆形标靶标定线结构光视觉传感器的方法,该平面标靶包含一个同心圆以及过圆心的两条正交直线。通过共轭点原理线性计算摄像机内参数的初值,并根据正交性约束进行迭代优化。然后,多次移动传感器,保持结构光与同心圆相交,使其构成三点透视模型(P3P),依此计算光平面上标定点的三维坐标。最后,利用最小二乘法拟合出光平面方程,从而完成光平面方程的标定。实验结果表明:该方法具有较高的精度,平均测量精度为0.036 82mm,相对测量误差为0.277 13%。该标定方法仅需同一标靶即可完成摄像机内参数和光平面方程的标定,降低了标定成本,且计算简单、操作灵活,适宜现场环境标定。

基于直线空间旋转的十字结构光标定

针对复杂曲面特征测量时十字结构光的快速、高精度标定,提出一种基于直线空间旋转的十字结构光标定方法。利用OTSU算法选取最佳阈值来提取光条的所在区域,通过基于Hessian矩阵的Steger算法和最小二乘法提取并拟合光条中心;通过图像中与靶标平面内特征点对的构建,借助RANSAC算法求解单应性矩阵,对光条直线进行单应性矩阵变换来获取靶标平面内的光条直线方程;由相机坐标系与世界坐标系的转换关系,将直线方程转换到相机坐标系下;由空间直线绕任意轴的旋转变换关系,将光条直线绕投射中心线进行旋转,并将旋转前后的两条直线进行平面拟合,求解光平面方程参数。结果表明,该方法对靶标圆心间距测量的平均绝对误差为0.023 mm,均方根误差为0.026 mm。本文方法可以实现较高的测量精度,且能避免靶标平面的多次移动。

基于二进制编码结构光测量系统的标定方法

针对基于二进制编码结构光的三维形貌测量系统,利用交比投影不变原理,提出了一种可同时标定摄像机模型参数与投影光平面方程参数的方法。另外,为了克服原系统只能求取部分光平面方程的缺点,利用靶标坐标系与摄像机坐标系之间的约束关系,提出了一种间接标定光平面一般方程的方法。本文阐述了该测量系统的测量原理,提出了标定方案,给出标定结果。实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。

基于间接标定法的结构光视觉检测系统三维测量技术与试验评估

结构光三维测量系统的参数标定是获取三维数据的重要步骤之一,其中包括摄像机的参数标定和结构光平面的参数标定。为了解决传统光平面标定算法复杂、检测实时性低的问题,提出了一种基于定向移动平面标靶的光平面间接标定法,首先利用特征加窗提取技术和形态学细化算法对标靶平面上的光条进行中心线提取,进而获取光条中心线上的图像像素坐标点;其次结合已经标定好的摄像机参数和光平面所在的坐标分量的坐标值反解求出标定特征点的三维世界坐标;最后利用最小二乘法对求得的三维坐标点进行光平面拟合,从而实现对光平面的标定过程。采用Matlab GUI界面编程方法实现对光平面参数标定试验以及三维测量试验,验证了该方法的有效性和优越性。

结构光视觉引导的焊接机器人系统自标定技术

为实现结构光视觉引导的焊接机器人系统的标定,解决现有标定方法复杂,标定靶标制作要求高等缺点,提出一种基于主动视觉的自标定方法。该标定方法对场景中3个特征点取像,通过精确控制焊接机器人进行5次平移运动,标定摄像机内参数和手眼矩阵旋转部分;通过进行2次带旋转运动,结合激光条在特征点平面的参数方程,标定手眼矩阵平移部分和结构光平面在摄像机坐标系下的平面方程;并针对不同焊枪长度进行修正。在以Denso机器人为主体构建的结构光视觉引导的焊接机器人系统上的测试结果稳定,定位精度可达到±0.93 mm。该标定方法简单,特征选取容易,对焊接机器人系统在实际工业现场的使用有重要意义。

基于线结构光测量系统标定的研究

本课题基于线结构光视觉测量的方法,实现三维重建工作。其中测量系统参数标定是首要步骤,并且对精度产生影响。传统的标定方法需要借助价格昂贵的实验仪器,且标定步骤十分复杂,效率低下。本文结合实验室现有仪器和开发环境,将标定分为相机标定和光平面标定两部分。本方法仅使用棋盘格作为平面标靶,只需要保证结构光能够投影到棋盘格,并且棋盘格可以自由移动。相机标定部分选用张正友方法,得出内参和外参矩阵,以及修复畸变后得图像。光平面标定部分使用线结构光和自由移动平面靶标,得出光平面方程。

线激光辅助单目视觉测量铁路侵限异物尺寸

异物入侵铁路线路严重危害行车安全,为及时发现异物并测量其尺寸,提出一种利用相机、异物和线激光空间几何关系计算图像中目标点世界坐标实现异物尺寸检测的方法。相机标定能够得到相机光心与目标点连线的直线方程,线激光投影中的点同时存在于线激光扫描平面和相机光心与该点的连线上。由于钢轨的约束,利用相机标定可以计算钢轨上线激光投影目标点的世界坐标,结合线激光光源坐标标定光平面方程。光平面方程和相机光心与该点连线方程的公共解为目标点的世界坐标。旋转线激光光源,求解异物多个断面关键目标点世界坐标,从而计算异物的三维尺寸。建立测量方法的数学模型并进行现场试验验证,结果表明,该测量方法能够较为准确地测量异物尺寸。

基于恒聚焦光路的线激光视觉传感器的标定方案

传统线激光视觉传感器受到相机景深的限制,高精度测量范围有限。通过倾斜镜头以满足Scheimpflug定律,能在视觉传感器内建立恒聚焦光路,使可见范围均清晰成像。该文针对改进后的线激光视觉传感器,提出了一套完整且有效的标定方案。相机内参标定方面,建立了倾斜相机成像模型,并提出了新的参数初值获取方法和非线性优化流程。光平面标定方面,设计了双台阶形状的新标定靶物,只需要采集一次标志物轮廓信息就能通过最优化求解快速完成光平面标定。实际测量结果显示,完成标定的传感器对标准陶瓷量块尺寸的检测偏差均值约为0.0280 mm,表明该文提出的标定方案可靠有效,符合实际应用需求。