Novel camera calibration method based on invariance of collinear points and pole-polar constraint

To address the eccentric error of circular marks in camera calibration,a circle location method based on the invariance of collinear points and pole–polar constraint is proposed in this paper.Firstly,the centers of the ellipses are extracted,and the real concentric circle center projection equation is established by exploiting the cross ratio invariance of the collinear points.Subsequently,since the infinite lines passing through the centers of the marks are parallel,the other center projection coordinates are expressed as the solution problem of linear equations.The problem of projection deviation caused by using the center of the ellipse as the real circle center projection is addressed,and the results are utilized as the true image points to achieve the high precision camera calibration.As demonstrated by the simulations and practical experiments,the proposed method performs a better location and calibration performance by achieving the actual center projection of circular marks.The relevant results confirm the precision and robustness of the proposed approach.

Lupaş q-Bézier曲线的离散卷积生成与求值算法

Lupaşq-Bernstein算子是最早提出的有理形式下基于q-整数的q-模拟Bernstein算子。通过Lupaşq-Bernstein基函数的递推关系反向使用金字塔算法,离散卷积生成n次Lupaşq-Bernstein基函数序列。结合离散卷积满足的交换性,针对n次Lupaşq-Bézier曲线推导出其速端曲线及n!种de Casteljau算法。与Bézier曲线de Casteljau算法得到的切点不同,Lupaşq-Bézier曲线的de Casteljau算法得到的曲线上的一点是直线与曲线相交的2个割点之一。针对二次Lupaşq-Bézier曲线,给出了计算左/右割点的充分必要条件,然后通过提出双割点算法,可以同时得到左/右割点。

一种基于交比不变性的视线补偿方法

由于交比不变模型在计算视线时存在将角膜面理想化以及未区分光轴和视轴的问题,导致计算的视线落点误差较大,为此提出一种构建虚拟平面并通过注视轨迹校准的方法来计算视线落点。该方法根据人眼生理特征建立虚拟平面,并使用一种新的校准方法进行校准,使用最小二乘法对校准点进行拟合,改善了多点校准方法过程复杂性和体验差的问题。通过对不同处理条件下的视线落点偏差进行比较,说明该方法可在保证视线计算精度的前提下简化校准过程。

基于交比不变性的镜头畸变参数标定方法

在分析目前的畸变参数标定方法优缺点的基础上 ,提出了一种能克服现有技术缺点的简单快速的镜头畸变参数标定方法。该方法利用了透视投影中的交比不变性质 ,在畸变模型为一阶径向畸变的情况下 ,只需要空间共线的 4个点的图像坐标和其交比 ,建立一元二次方程即可标定畸变参数。该方法的特点是算法简单 ,易于实施 ,需要已知条件少。对此标定方法进行了数字仿真实验和真实图像校正实验 ,证明该方法标定精度高 。

一种新的基于结构光的三维视觉系统标定方法

在视觉系统的标定中，确定三维空间点与图象上对应点所组成的样本点对的坐标是问题的关键，为提高样本点的定位精度，通常采用棋盘格形状的图案，取其中的交点作为样本点．但在应用平面结构光的三维视觉系统中，样本点又必须在结构光平面中，无法应用上述方法，使得样本点的定位很困难，为了解决这一问题，我们提出了一种新的标定方法，该方法利用交比不变性原理，借助一块特殊设计的标定块，可以方便准确地确定样本点的位置．在此基础上完成了三维视觉系统的标定，文章给出了实验结果和标定精度，以及进一步提高精度的措施．

一种线结构光视觉传感器标定方法

在线结构光视觉传感器的标定中,结构光光平面上三维世界标定点的获取一直是一个难题。主要是因为靶 标上已知的三维世界点很难恰好位于结构光光平面上。针对这个问题,提出了一种基于双重交比不变的线结构光 视觉传感器的标定方法,设计了相应的标定靶标。利用双重交比不变性,可以获取光平面上任意数量的高精度的 三维标定点,从而解决了线结构光视觉传感器三维标定点不易获取且数量少的问题,提高了线结构光视觉传感器 的标定精度。试验结果表明该方法可以满足大型工件的结构光三维视觉检测精度的要求。

不变性理论用于空中目标的识别

以计算机视觉的不变性理论为基础，用飞机红外图像边缘中的角点反映飞机的几何结构．然后对飞机的角点应用变化，以构造出两种不变特征，实验表明这两种特征具有一定不变性．推导了Ｍａｈａｌａｎｏｂｉｓ距离的平移、旋转和仿射不变性，并应用到空中目标的识别，实验表明这种方法效果良好。

基于交比不变量的摄像机标定方法

为了解决摄像机标定的菲线性优化过程中解的不稳定性问题,针对具有镜头径向畸变的摄像机模型,提出了一种实用的摄像机线性标定方法.该方法利用透视投影的交比不变性原理标定镜头的畸变系数,基于摄像机成像的单应性矩阵及内部参数的基本约束,线性标定出其他摄像机参数.实验结果表明,该方法标定模板制作简单,速度快,具有一定的鲁棒性,可以满足工业机器视觉的精度要求.

利用局部不变特征识别复杂平面多边形

提出一种基于最佳匹配点、利用交比来识别平面多边形目标的方法 该方法利用目标的顶点构造交比不变量 ,并以其作为目标的特征矢量 采用最大隶属度原则 ,首先通过局部联合矢量寻找最佳匹配点和判断目标是否丢失顶点 ,然后识别目标 实验表明 :该方法容易实现 ,计算量小 ,识别效率高 。

高精度测量的相机标定

在高精度尺寸测量系统中,采用传统短焦距定焦光学方法时径向畸变较大,影响测量精度。为提高测量的精度,根据摄像机针孔成像的线性模型和镜头的非线性模型,建立摄像机定焦镜头的对焦数学模型,提出了采用交比不变的标定方法。研究了物体远近的小范围变化对测量结果准确度的影响,修正了标定的像素当量;分析了镜头的几何投影变换关系,标定了镜头的畸变系数,达到高精度测量目的。实验数据表明,提出的标定算法与结果一致。

消隐点共线约束逐点畸变校正算法

对逐点图像畸变校正算法进行分析和研究。分析了基于四点共线交比不变性的逐点畸变校正算法的校正精度,指出该算法由于初始使用图像点含有误差导致计算其他图像点产生了精度改变,同时给出了计算结果误差较小时的图像点位置和相对距离的选取方法。基于上述分析,提出了基于消隐点共线约束的逐点畸变校正算法。该算法利用消隐点来提高直线拟合精度,利用共线特征来约束校正图像点精度。该算法不仅可以优化基于四点共线交比不变性算法校正的图像点,同时也可以优化初始使用的图像点,从而提高所有图像点畸变校正精度。基于MATLAB的仿真实验显示:对于400万像素的镜头,校正后图像点最大误差是初始图像点噪声的29.05倍。针对实物图像对基于四点共线交比不变性法校正的图像点,基于消隐点共线约束法校正的图像点和未校正采集图像点的交比值进行对比,结果表明本文提出算法优于四点共线交比不变性算法的结果。

一种棋盘格靶标不完整角点识别的修正算法

针对Hessian算子在棋盘格角点检测过程中边缘局部区域角点检测失败的问题,提出一种恢复角点识别的修正算法.首先基于坐标极值法自动识别棋盘格极点及边缘包络点,提取可以完整检测到所有包络点的2条边缘线上各自首尾及中间3个特征角点;然后利用交比不变原理求出边缘线上的消失点,并依据消失点原理求出未检测到的极点;最后根据四极点图像坐标与世界坐标的单应性关系重投影得出所有角点坐标.实验结果表明,与常用棋盘格角点检测算法相比,该算法具有较强的鲁棒性,处理过程可自动实现,在摄像机标定的应用上具有较高的实用价值.

基于视觉检测站线结构光传感器的标定方法

将一种基于交比不变性的标定方法应用于工业现场,实现对白车身柔性激光视觉检测站中线结构光视觉传感器的现场标定。利用平面靶标在传感器测量空间内自由移动,结合其数学模型,实现传感器中摄像机的标定;利用透视投影交比不变性获取标定特征点实现对传感器的现场标定。实验结果表明:该方法标定精度高,传感器测量标定精度完全满足白车身测量精度要求。

基于近景单影像的房檐改正计算方法

介绍了利用地面获取的单幅房屋近景影像计算房檐改正值的方法。该方法使用数码相机倾斜影像和房屋外观的几何约束条件,根据交比不变与透视旋转原理,确立了灭点、物方直线段与影像投影直线段之间的关系,并由此计算房檐宽度。实验结果表明,该方法能够满足实际需求。

双结构光视觉传感器圆钢在线测量系统的研究

以提高双结构光圆钢在线测量系统的精度为目的,分析了测量系统中双光面位置变化给测量结果带来的误差,由于机械调整精度低,提出利用交比不变原理对光面位置进行调整,解决了机械调整精度低的问题,减少了由两光面之间存在夹角而产生的测量误差。搭建了包含光面调整与传感器标定的实验平台。该系统重复测量精度在0.1 mm以内,测量相对误差小于0.10%。交比不变光面调整方法与机械光面调整方法相比,测量结果精度提高了0.082 mm,证明了实验方法的可行性。

基于交比上下文的层次化形状特征提取及匹配算法

针对视角变换下的形状识别问题,提出一种基于交比上下文关系的层次化形状特征提取及匹配算法.首先通过由粗到精的采样方式建立层次化的形状特征描述子,实现对形状从整体到局部的描述关系;其次通过对传统的交比不变量进行扩展,建立每5个采样点之间的射影不变关系;最后在形状匹配方面使用动态规划算法计算形状间相似度.实验结果表明,该算法对形状变形具有很好的识别效果,并且计算复杂度低、特征维度小.此外,文中层次化的方法也适用于其他不变量特征,便于和传统的形状特征表示方法进行融合,充分发挥2种描述子各自的优势,具有一定的扩展性.

结构光测量系统误差分析

本文针对交比不变原理的结构光光平面标定方法,利用泰勒展开和矩阵扰动原理分别对系统的测量误差和光平面标定误差进行分析,提出了结构光测量系统的误差传递模型。并给出了一个实验特例的精度要求,即满足在1 000 mm的测量距离上获得±0.5 mm以内的测量精度情况下,各标定参数所需满足的精度要求,以及标定样本的精度要求。对误差传递模型所得出的标定参数的精度要求进行实测实验验证,得到测量数据的均方根误差为0.333 4 mm,满足理论上的精度要求。该实验结果证明了本文所述的误差分析可以有效地对结构光系统误差进行定量分析。

一维靶标的多视觉传感器全局校准

基于交比不变性原理和一维靶标点共线的特点,提出了一种多视觉传感器全局校准方法。以一个视觉传感器坐标系为基础建立全局坐标系,称该视觉传感器为基础视觉传感器。将一维靶标在基础视觉传感器和待校准视觉传感器前合适位置摆放至少两次,根据拍摄得到的3个或3个以上的靶标点图像坐标,由交比不变性原理,对每个视觉传感器求解不在视场区域的靶标点图像坐标。结合靶标点之间的距离约束,求解待校准视觉传感器到基础视觉传感器的转换矩阵。根据一维靶标特征点共线的特点,通过捆绑调整方式得到转换矩阵的最优解。最后,通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器全局校准。该方法不需外部辅助设备,简单灵活,实用性强,全局校准精度可达0.041 mm。

结构光测量系统的误差传递分析

针对基于交比不变原理的结构光光平面标定方法,利用误差分析理论和矩阵扰动原理分别对系统的测量误差和光平面标定误差进行分析,提出了结构光测量系统的误差传递模型。给出了满足在1 000 mm的测量距离上获得±0.5mm的测量精度情况下,各标定参数所需要的精度要求,以及标定样本提取的精度要求。通过实测实验结果,验证了误差分析的有效性。该误差分析为提高结构光系统的测量精度提供了理论依据。

多线结构光视觉传感器测量系统的标定

为实现大尺寸轧钢几何尺寸、形状误差、表面缺陷的实时检测,采用4个激光器和4个CCD摄像机搭建了多线结构光视觉传感器测量系统。针对多视觉传感器全局校准的关键问题,设计了特殊形状的靶标,提出了新的全局标定方法。利用交比不变原理获取光平面上多个标定点,同步实现视觉传感器的局部标定和全局校准。详细阐述了标定的基本原理和系统构建过程,分析了标定中存在的误差,并提出了减小误差的方法。实验验证系统重复测量精度在0.04mm以内,测量相对误差小于0.9%。