隧道轮廓激光雷达点云线特征共面约束标定方法

地铁隧道断面轮廓参数测量过程中,需要对高速激光雷达点云进行高精度系统标定。特别是大场景隧道环境,对标定模板要求高,标定过程复杂,检测精度影响大。针对此问题,本论文提出了一种新颖的适用于地铁隧道轮廓点云的标定方法,并基于双激光雷达测量系统,进行了算法研究。本方法设计了专用的手推行便携式标定系统,利用由点云数据提取的标定板线特征,建立目标函数,通过混合了遗传算法和Levenberg-Marquardt算法的非线性优化方法,寻找全局最优解从而实现对激光雷达的标定。实验结果表明:本方法对于两侧钢轨顶轨的标定误差在±1.5 mm以内;静态测量精度X误差在±1 mm内、Y误差在±4 mm内;当采集系统以5 km/h的速度进行数据采集时,动态测量精度X误差在±4 mm内、Y误差在±6 mm内。本方法能够实现激光雷达的高精度标定,算法鲁棒性强,具有易操作、环境适应性强的特点。

单目视觉位姿测量的线性求解

利用定位特征点在图像中的坐标求解空间位姿算法是单目视觉位姿测量技术中的关键。针对这个问题,在距离因子的基础上建立了非线性的位姿测量模型。利用代数变换方法将非线性测量模型转化成线性非齐次方程组。根据代数变换过程中变量之间的相互关系,建立方程组通解之间的乘积关系方程组。再次利用代数变换对乘积关系进行线性变换,并利用P4P问题中共面特征点姿态测量唯一解的特性,实现位姿测量的线性求解。通过数值仿真和实际测量两个试验对该位姿测量算法进行了精度验证,试验数据表明该方法可以有效抑制图像噪声干扰,提高位姿测量的精度。

基于点特征的单目视觉位姿测量算法

针对位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题,提出一种基于点特征的单目视觉位姿测量算法。首先,根据共面4个特征点之间的位置关系,分别对平行和相交两种情况进行分析;其次,根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系,推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量,进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿;最后,用LM算法对初始位姿进行优化,得到最终位姿。实验结果表明:文中算法的合成误差为0.54 mm;现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法的合成误差分别为1.28、1.52和4.26 mm;文中算法的合成误差分别减小了57.8%、64.4%和87.3%,优于现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法。

基于共面特征点的单目视觉位姿测量误差分析

为了克服单目视觉测量中景深信息缺失的问题,运用改进的两段式迭代算法,对刚体位姿测量解算模型进行了优化.给出了特征标靶最优化布局,理论分析了标靶尺寸大小、标靶基线长度及特征圆点大小和解算准确度的关系.实验结果表明,优化的特征标靶布局、较大的特征标靶基线长度及较小的特征圆点靶标能够提高测量解算准确度.该研究对提高实际测量系统解算准确度具有一定的理论指导意义.

栅状阵列器件激光视觉检测系统及共面性评价方法

应用激光线结构光传感器 ,将视觉检测成功应用于栅状阵列器件的共面性测量中 ,建立了测量系统数学模型 ,提出了以三点法为基础的共面性评价方法 ,并对BGA芯片进行了相应的试验研究 ,取得了满意的结果。

基于视觉测量的液压支架位姿检测方法

针对目前综采工作面液压支架位姿测量方法存在实施成本高、精度和实时性较差的问题,提出了一种基于视觉测量的液压支架位姿检测方法。通过在液压支架上设置红外LED标识板,利用安装在采煤机上的防爆相机进行图像采集,基于4个共面特征点的视觉算法对图像进行处理与解算,得到液压支架底座的位姿,根据液压支架的位姿坐标可以得到其在多个方向的直线度。实验结果表明,该方法测量的液压支架位姿检测精度在0.7°以内,直线度精度在20mm以内,满足综采工作面液压支架的检测精度要求。

基于圆特征和异面点特征的位姿测量

通过增加常见的点特征为位姿测量提供空间几何约束,分析利用圆形目标和与之异面的特征点进行单目视觉定位时位姿解个数的情况.以光心和特征点位于圆平面两侧为前提条件,运用几何方法证明了特征点与光心和圆平面的相对位置决定了位姿解的个数,并求出唯一位姿解和两组位姿解时光心、圆平面和特征点的位置关系,提出了基于圆特征和异面点特征的位姿求解算法,实现了6维位姿量测量,仿真实验和实物实验结果验证了算法的有效性和准确性.

基于共面光标提取的空间目标单目测量技术

针对空间目标捕获任务技术需求,设计了一种基于平面靶标特征点提取的单目视觉线性相对位姿解算方法.提出基于几何指数阈值判别的特征光标提取方法,并采用非线性项变量代换方法,设计了基于特征光标提取的线性相对位姿解算方法,建立了单目视觉相对测量地面实验系统,在模拟目标航天器相对位置和姿态低速动态漂移的条件下进行了试验.测量结果表明,所提出的特征光标提取算法能够有效避免高亮光斑对特征光标提取的不利影响,且相对位姿解算算法具有较好的精度和实时性,相对于传统非线性迭代求解方法,该方法计算量小,求解过程稳定.

基于自由曲面的点云配准算法

为了提高自由曲面工件的配准效率,提出了一种基于共面4点集的RANSAC初始配准算法和改进的迭代最近点(ICP)精确配准算法相结合的2步配准方法.首先,在基于RANSAC算法的机制上,通过点间距离和比例关系寻找2片点云的共面4点集,利用共面4点集这一不变量来约束RANSAC算法提取的样本,使点云经过初始配准后得到一个较好的初始位置;然后在基于原始ICP算法的基础上作出相应的改进,对点云初配结果进行优化,使得点云之间的配准误差达到最小,以实现点云的精确配准;最后,对2组简单工件的CAD曲面点云模型进行配准仿真.结果表明:该算法相对于传统ICP算法运行时间减少48%,精度提高56%,能够满足配准要求.

一种基于共面特征点的单摄像机姿态测量方法研究

利用单摄像机采集4个共面特征点图像的方法来测量物体的相对姿态变化。系统选用IR-LED作为特征点并对其发光特性进行优化控制,利用基于双线性插值的高斯曲面拟合方法确定图像特征点的坐标,最终使用解决P4P问题的一种线性解法确定特征点坐标及位姿变化信息。进行了实物和仿真实验,并对该方法进行了不确定度分析,结果表明这种方案具有较高的准确度、实时性。

利用共面圆特征实现增强现实图像注册

本文提出以对象上的共面圆为基础估算对象位姿,实施增强现实图像注册的方法。假设相机内参数已标定,文章从绝对二次曲线与平面圆有公共虚交点出发,通过计算消隐线方程、确定圆心位置、获取坐标轴方向等步骤分别估算对象位姿的旋转分量和平移分量,从而最终估算出对象位姿。该算法所需预知的条件少、计算代价小,因而在工业环境中更易实现。综合数据仿真与真实对象测量验证了本文算法的正确性以及在噪声和遮挡情形下的鲁棒性。

机器视觉的液压支架姿态角度测量系统设计

介紹了液压支架的各种姿态以及造成液压支架姿态变化的原因,设计了基于机器视觉的液压支架姿态角度测量系统的硬件结构,分析了测量系统软件中各模块的运行流程,并设计了10组实验测量液压支架的航向角、横向角和俯仰角,通过对比实验结果与设定值,验证了该测量系统的准确性和可靠性。

行波型LiNbO_3电光调制器的电极优化设计

利用扩展点匹配方法对厚电极厚缓冲层的共面波导电光调制器的结构和性能参数进行了分析和研究,通过仿真选择合适的电极厚度和缓冲层厚度,所得的特性阻抗和有效折射率与采用保角变换法得到的结果吻合,优化了调制器性能,实现了宽带调制。这一分析方法简便快捷,能够处理电极有一定厚度的多层光波导调制器结构。

基础矩阵计算中共面点冗余度问题的研究

在研究对极几何和透视投影不变量的基础上，提出并解决了在计算基础矩阵（Ｆ矩阵）时的共面点冗余性问题，即一个平面上至多有５个点可用作匹配点，其余的点均为冗余点，并从理论上证明了其存在性．最后通过去除冗余点提高了Ｆ矩阵的精度和稳定性．

从椅子的稳定性到一个数学定理的证明

本文从日常生活中的一个普通现象——如何放稳一把椅子出发,通过建立数学模型,用数学工具证明了这一事实,并由此得到了定义在圆上的空间闭合光滑连续曲线上四点共面定理。

一种新的三维PIV自标定技术

相机标定是获取相机内外部方位参数的过程。利用体视投影匹配确定的标定参数,就能从两幅体视照片中确定视场内一点的三维位置。提出一种新的在三维PIV测量中使用的相机自标定技术。该方法只需要测量现场的任意八个不相关点和一个标定长度做参照,就可实现流场的自标定,完全不需要再测试现场放置标定体,更不需要已知相机的内外方位元素。该标定方法分为两步:第一步标定相机内方位元素:由三灭点定理确定体视相机的初步标定参数;第二步标定实际流场:利用同源像线与基线必定确定一平面作为优化约束,对第一步取得的参数进行非线性优化。实验证明,该方法行之有效。

利用单应变换与对极约束的基础矩阵估计算法

为了提高不同图像之间的基础矩阵估计的精度与效率,提出了一种结合单应变换和对极几何约束的基础矩阵估计算法。在不同图像上提取特征点并建立匹配关系,过滤其中明显的误匹配点,并计算单应变换矩阵,由于单应变换的内点和外点在图像之间的对应关系均符合对极几何约束,通过将单应变换矩阵与外点结合,进一步计算出基础矩阵。为了验证算法的有效性,在采集的图像数据与公开的图像数据集上分别进行实验,实验结果表明,该算法与RANSAC相比,在内点率与内点平均误差上均有一定提高,具有更好的鲁棒性和有效性。

光子石墨烯中光传输特性的研究

光子石墨烯与电子石墨烯有相同的微结构,是具有三角晶格的二维光子晶体,其能带结构中存在中心奇异点,称为狄拉克点。这种狄拉克准粒子的存在导致了一种新的传输状态"赝扩散"。利用共面接地波导实现了单方向性窄的波束通过二维光子晶体。利用数值仿真的方法验证了"赝扩散"的传输特性。实验结果表明,对于二维光子晶体有些能带是不能被激发的。

基于平行性约束的位姿测量方法研究

提出新的有效的位姿测量算法。该方法使用共面特征点,利用投影变换中的平行性约束等仿射不变量快速求得特征点摄像机坐标系空间深度值,并作为初值求解以特征点几何约束条件建立的无约束非线性最优化目标函数,保证最终解的精确性和收敛性。搭建实验系统验证了算法的有效性,并与最小二乘法进行比较,该算法有效减少了计算过程中的迭代次数,提高了运算速度。该结果为应用单目视觉进行工业实时在线测量提供了一种新的方法。

基于激光三角法的接插件引脚共面度检测

针对现代工业对电子接插件引脚检测的精度要求,研究了激光三角法重建物体三维信息及点云处理的方法,设计了一种检测装置用于接插件的引脚共面度测量。该装置由线激光器、相机以及一维移动平台组成,成本低,结构简单。实验选取两种典型的接插件进行检测,其中Ⅰ型接插件正确率为99.6%,重复性精度可达0.022 mm。实验证明可应用于多种类型的接插件共面度检测。