激光雷达SLAM下移动机器人双目视觉全局定位

移动机器人在未知环境中执行任务时,需精准感知地图环境和其他物体位置,确定其自身位置。为了提高移动机器人的全局定位精度,提出激光雷达SLAM下移动机器人双目视觉全局定位方法。依据双目视觉系统测距原理,选取双目摄像机中的任意一个相机建立主坐标系,构建双目摄像机模型,结合棋盘图与张正友标定法,标定双目摄像机中参数。在此基础上,计算单帧图像特征点的尺度,完成双目视觉初始化,利用权重函数计算任意一个特征点与线、与面之间的加权值和距离值,估计移动机器人的位置,引入非迭代畸变补偿方法,完成对移动机器人的全局定位。测试结果表明,所提方法的定位结果与实际运动位置之间的最小误差为0.1 m,该方法可以精准定位到移动机器人位置,指导移动机器人更好地执行作业任务。

基于OpenMV摄像头的运动目标控制与自动追踪系统设计与实现

针对运动目标自动追踪系统复杂且成本较高等问题,文中旨在设计一种成本低廉且易于部署的基于STM32F103C8T6、OpenMV摄像头和二维舵机云台的运动目标自动追踪系统,以解决传统自动追踪系统设备昂贵、算法复杂难于推广的问题,并为OpenMV摄像头在安防监控等领域的应用提供新的思路。该系统主要由主控模块、OpenMV摄像头模块、二维舵机云台模块、电源模块、OLED显示模块组成,通过OpenMV摄像头模块识别特定阈值的色块或矩形图形,并处理色块与矩形角点位置信息,将处理后的数据通过串口通信发送给主控模块,再由主控模块通过PID算法与运动算法控制二维舵机云台模块运动,从而实现运动控制与自动追踪。最后通过激光笔测试装置实际追踪效果,整合数据进行分析验证,该运动目标控制与自动追踪系统的理论研究与设计能够达到目标效果。

一种基于双目视觉和Halcon的高效机器人手眼标定方法

针对机器人在标定过程中追求快速、简捷、高效的特点,提出一种基于双目视觉和Halcon的高效机器人手眼标定方法。基于张正友棋盘格标定法和OpenCV中亚像素角点检测算法完成对双目相机内外参数的获取,对比运用不同的立体匹配算法和三维重建生成具有三维坐标的立体空间点云,从而得到相机坐标系下目标的位置坐标,之后取机器人坐标下的10组末端位置坐标以及相机坐标系下对应的10组位置坐标后,借助Halcon视觉软件的vector_to_hom_mat3d算子求解出相机和机器人坐标系的转换矩阵,完成机器人手眼标定。经过实验验证,该标定方法平均误差为3.58 mm,满足一般机器人工作要求,并且相比传统的手眼标定无需借助复杂的标定工具,且计算过程简捷高效。

基于激光雷达和Kinect相机点云融合的单木三维重建

为了更好地建立单木三维彩色模型,获得准确表型参数,提出了一种基于Kinect v2相机和激光雷达的单木点云信息融合检测方法。首先由激光雷达采集樱树单木所在区域的完整环境点云,生成点云地图;由Kinect相机采集樱树单木多视角点云得到完整的三维彩色点云;然后以激光雷达点云位置为基准,通过选取对应同名点的方式对2种点云进行初始配准,使点云之间具有良好的初始位置关系,再使用最近点迭代(iterative closest point, ICP)算法对点云进行精配准;最后使用彩色点云对雷达点云进行点云着色融合处理,实现樱树单木的三维重建。结果显示:与只使用Kinect v2相机生成的樱树单木表型参数对比,融合后的樱树单木的株高、冠幅和胸径的平均相对误差分别降低了1.52、6.46和18.17个百分点。研究结果表明,Kinect v2深度彩色相机和激光雷达在单木三维重建上能实现优势互补,提升点云配准精度,同时,既能降低光照气候条件的影响,又能增加测量距离,单木表型参数更准确。

重力对空间相机系统波像差影响的光机集成分析与验证

对空间离轴相机在重力载荷作用下的系统波像差变化进行了集成仿真分析,同时研究了分析结果的精度。介绍了集成仿真分析技术的基本流程和关键技术,对比分析了ZERNIKE多项式拟合法与形函数插值法两种面形畸变转换接口算法的优劣。介绍了常用的两种形函数构造方法的基本原理,基于面积法构造形函数得到了光学元件面形畸变的接口文件。最后,在相机的光机结构装调完毕后,对系统波像差在重力载荷作用下的变化进行了测试。测试结果表明,该空间相机3个视场系统波像差的变化量分别为0.029 8λ(-1视场)、0.019 4λ(0视场)、0.052 3λ(+1视场),与分析结果基本吻合。3个视场分析结果的误差分别为0.002 4λ(-1视场)、-0.000 9λ(0视场)、0.007λ(+1视场,)均小于0.01λ,满足工程设计的要求,验证了集成仿真分析结果的准确性。此外,通过集成分析技术定量得到了不同影响因素对系统波像差的影响,基于此优化设计光机结构,改善了重力对空间相机3个视场系统波像差的影响。

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。

离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响

对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模,推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例,分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角,以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时,应分别调整斜视和正视相机的行周期;按正视相机调整斜视相机的偏流角时,积分级数应取71以内;若兼顾正视、斜视相机调整偏流角,当积分级数为96时,对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。

相机内参数标定的评价指标研究与实验

相机内参数的标定受标定环境、标定物规格、标定相片数量等诸多难以进行理论分析的因素影响,导致在实际工程应用中,相机内参数标定的评估存在精度不确定性问题。基于数学统计量设计了相机内参数标定精度评估指标,针对标定相片数量和标定物距对相机标定精度的影响进行研究,并对两种典型相机——工业相机和数码相机,进行内参数标定实测试验及分析。结果表明,当标定参数值达到收敛时,相片收敛数量与标定物距成正比关系;与像主点标定相比,焦距的标定收敛效率更高,达到收敛所需的相片数量更少,但随着标定物距增大,两者的差异逐渐缩小。内参数标定精度的评估指标为相机内标定算法的改进及操作流程提供评估手段,为实际标定工作提供参考和借鉴。

空间相机摆扫成像建模及摆镜角速度残差分析

为实现大视场成像技术指标,通过对比空间相机推扫与摆扫成像方式的视场,提出了摆扫成像方式。然后以齐次坐标变换为基础,用矩阵分析方法将其与摆镜转动矩阵结合,建立了摆扫成像像移匹配模型。在假定轨道高度为1 200km,像元尺寸为8.75μm,三片96×4 096 TDICCD拼接下的焦平面进行模拟仿真,经计算得出,在摆镜角速度为0.6(°)/s时,摆镜对飞行器的反向动量产生的角速度仅为0.000 1(°)/s,不及横滚角速度的1/10。最后通过对影响像移速度的参量进行误差分配,应用蒙特卡洛法进行误差综合,仿真结果表明:当摆镜角速度误差不大于0.000 3(°)/s时,MTF>0.95,对成像品质基本无影响。仿真结果与理论分析相符合,对工程有一定的意义。

高分辨率大面阵相机航天测绘应用立体探测模式分析

针对大面阵相机成像特点,分析提出了在高分辨率对地观测条件下航天测绘应用的两种立体探测模式,即高分辨率交向立体摄影测量模式和小基线立体摄影测量模式。分别对两种模式的基本原理进行了阐述,分析了各自存在的优势和不足,以及主要的应用方向。通过理论和仿真分析对两种应用模式进行了原理验证。最后对大面阵相机航天立体测绘两种模式的应用特点进行了对比,指出了进一步研究的方向。

基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计

针对大口径高分辨率相机对卫星平台结构、安装包络、振动环境等方面的要求,提出了一种基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计与分析方法。通过在卫星平台与载荷安装基板之间的一体化结构中增加柔性连接单元,利用系统刚度和能量耦合的原理对一体化结构平台的系统性能进行设计和仿真分析,并在此基础上,开展了平台载荷一体化结构地面模拟试验研究。结果表明:文章提出的基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计在满足载荷安装要求的同时,还能够将卫星平台传递至载荷基板的振动响应衰减80%以上,从而有效地确保载荷的主要性能。

基于全景视觉的旋翼共锥度测量方法

在深入分析中心折反射全景相机成像原理的基础上,提出了一种测量旋翼共锥度的新方法。用安装在直升机桨毂上与旋翼同步旋转的折反射全景相机获取直升机3片桨叶的全景图像。根据桨叶上标定块角点坐标与全景图像坐标对应关系,给出了标定块相对于全景相机的外参数计算方法,推导了一组根据平面标定块位置参数计算旋翼共锥度的公式。全景相机在直升机桨毂上的安装无特殊要求,通过变换标定块位置,可实现旋翼任意位置的共锥度计算,与以前测量方法相比具有很大的灵活性。实验结果表明,此方法误差在±5mm以内。

离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定

由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度,本文提出了一种离轴三反时间延迟积分(TDI)CCD相机内方位元素和畸变的标定方法。介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法,明确了该相机内方位元素和畸变的含义。建立了标定系统及相应的数学模型,应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式。利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变,并对标定误差进行了分析。结果表明:该方法对主点的标定精度可达1.0μm(1σ),对主距的标定精度可达2.0μm(1σ),对畸变的标定精度为2.3μm(1σ)。结果显示提出的标定方法快捷且有效。

基于PC104的某型航空相机综合检测系统

针对某新型航空相机系统的特点,提出基于PC104单板机的综合检测系统,介绍检测系统的总体结构与组成,描述系统硬件及软件设计。该系统利用嵌入式工控机技术、数据采集技术、总线数据仿真技术以及虚拟仪器技术,实现对相机机身、操纵器的单独测试;相机的联试以及飞机导航数据的仿真等功能,能够辅助机务人员快速地进行通电检测,并给出排故建议。经实验证明,该综合检测系统可按维护规程要求实现对相机系统性能的全面检查,满足设计要求。

基于双目立体视觉技术的信号弹高度测量方法研究

为了测量信号弹飞行高度,本文提出了一种基于双目立体视觉技术的信号弹高度测量方法.首先研究了双目立体相机的标定过程,然后对左右相机图像进行立体校正和图像预处理,最后通过基于特征的图像匹配方法来获取左右相机图像中目标点的视差,进而计算出信号弹的高度信息,实现对信号弹飞行高度的快速准确测量.结果表明:该方法可以较为准确地测量出信号弹飞行高度,满足厂家需求,且具有操作简单、使用灵活、成本低廉等优点.

光学元件表面污染物检测仪系统研究与开发

针对光学元件表面污染物,设计了污染物检测仪系统.阐述了系统硬件和软件的构成,简单介绍了污染物图像的处理,分析了相机在扫描过程中的运动控制,以及高精度的运动控制的实现.最后提出了污染物与疵病区分的理论与方法.

一种便携式的无人机航测非量测相机标定方法

相机标定是确定相机几何和光学参数的过程,相机经过标定后能更准确地获取二维目标点坐标对应的空间三维信息。针对无人机航空非量测相机便捷、精确的标定需要,采用了一种基于红绿编码板的自检校光束法平差标定方法。该方法通过自动提取和识别编码标志、建立同名点对,利用同名点对进行相对定向测定初始参数,然后考虑相机内参数和镜头畸变等因素,采用严格的自检校光束法平差模型解算出精确的相机参数。通过对NEX5N相机拍摄的45张相片作为实验数据解算该相机内部参数,实验结果表明,由于标定板便于携带,标定场布设简单,该方法对实验场地要求低,并简单易行,且标定的速度快、精度高,基本可以满足无人机非量测相机"随时随地"即时标定的需求。

改进的基于模式噪声的源相机检测算法

针对基于模式噪声的数码相机源检测中存在的问题,提出了一种改进的模式噪声提取算法。在Lukas算法的基础上,首先利用Wallis预滤波处理抑制低频噪声并增强模式噪声;再利用Sobel边缘检测算子对图像的复杂边缘纹理区进行有效剔除,最后利用经过上述处理得到的图像模式噪声与相机参考模式噪声模板进行相关检测。实验结果表明,提出的改进算法可以有效提高源相机检测的性能。

一种改进的未知环境无人机三维地图实时创建方法

提出一种针对RGB-D传感器获取未知环境三维地图的方法。该方法将RGB-D传感器获得的数据信息实时地转化为三维点云地图。在扫描环境之前,引入径向畸变和切向畸变模型,完成对RGB-D传感器彩色摄像头和深度摄像头的标定,获得摄像机参数;同时,对RGB-D传感器红外模式和深度模式下的图进行偏差矫正,提高三维点云计算的精度。实时地图构建时,利用投影和反投影将获得的彩色图片和深度图片转换成局部三维地图;在RGB-D传感器移动过程中,实时提取RGB图片上的特征进行位姿估计和关键帧处理,从而获得整个地图。实验表明,该方法适用于杂乱的未知环境。

基于双目相机的水下视觉SLAM前端改进

为使机器人能够在昏暗且模糊的水下环境中实现较为清晰的地图构建和准确的自身定位,基于Rtab⁃map算法对其前端进行优化。通过直方图均衡化算法对双目相机采集到的水中图像进行预处理,提高图像的亮度和细节处的清晰度。使用ORB算法提取和匹配图像特征点,采用RANSAC算法剔除图像误匹配点对,提高相机位置估计的精度。实验结果表明:使用直方图均衡化算法处理水下的模糊图像,特征匹配点对数明显增加。基于公开数据集对优化后的Rtab⁃map算法进行测试,所得到的多项误差明显降低。在实验室水槽条件下进行试验,验证了采用优化后的算法得到的三维点云图质量更优。