铁塔单目立体视觉测量技术研究

介绍单目平面测量、单目立体视觉测量技术特点,分析单目立体视觉测量技术的原理、测量步骤及应用实例,说明应用效果,并提出单目立体视觉测量技术应用于铁塔测量时的注意事项。

基于单目视觉的平面测量

针对平面上目标的定位及长度测量等问题,提出了一种基于单目视觉测量平面上物体位置的方法,并讨论了标定点的选取原则。在被测目标所在平面上放置平面靶标,在平面靶标上选取标定点,通过最小二乘法求取模型参数,实现单目视觉测量模型的标定。利用标定出的模型参数,根据目标的图像坐标计算出其平面坐标位置,从而实现目标的定位及长度测量。标定点个数至少为4个,并且标定点需满足特定的位置关系。实验中测得目标长度的相对误差小于0.3%,验证了该方法的有效性。

基于变高单应的单目视觉平面测量方法

针对河流水面成像测速等应用中采用单台非量测相机的变高平面测量,提出一种基于变高单应的视觉测量方法。方法在三维透视投影模型的基础上,结合水位和比降系数描述的水面高程模型建立图像平面和待测水面间的变高单应关系,解决了现有平面单应方法中控制点布设和水面高程变化的难题。设计了一种像差修正的直接线性变换法求解变高单应,有效改善了非量测相机的测量精度。试验重点分析了存在弱控制的条件下控制点布设、畸变像差、水位误差和倾斜视角对方法的敏感性。结果表明,在控制场布设条件良好的情况下,方法的坐标解算精度可以达到5 mm以上,能够满足中小河流的水面成像测速需求。

基于单目视觉的三角测量在仪器识别中的实现

机房智能巡检机器人须对仪器仪表进行精准高效的识别,基于数字图像处理的指针式仪表自动读数算法,大部分是在标准环境下进行的,即保证摄像机与指针式仪表表盘水平放置,无视角偏差,无旋转偏差,此种方式不能很好地解决垂直刻度指针仪表的读数问题。文章提出一种基于单目视觉的三角测量法,可高度定位,从而精准地捕捉仪器仪表读数,测量精度达到毫米级别,具有广泛应用性。

基于PnP算法的单目视觉位移测量方法

为实现结构位移的快速非接触式测量,建立结合棋盘格靶标和PnP算法的单目视觉位移测量方法。选取L-M、EPNP、IPPE和SQPNP等4种求解算法开展对比研究,以评价不同算法在位移测量中的适用性。通过Python编程进行仿真计算探究特征点数量、特征点定位误差、靶标变形、位移水平对算法求解精度的影响,为后续试验提供依据和指导。搭建三向位移视觉测量样机系统开展竖向及深度位移测量试验,验证PnP算法在位移测量中的可行性。结果表明:L-M、IPPE和SQPNP算法的求解效果优于EPNP算法,位移测量误差<0.5 mm。该研究提供了一种低成本、高精度的工程结构位移监测方法,可为相关工程应用提供参考。

基于双平行平面相机模型的钢板尺寸视觉测量

提出基于双平行平面相机模型的视觉测量方法,用于测量生产线上运动钢板的尺寸。该方法采用数据驱动的方式计算像点在标定平面上投影点的世界坐标;采用k近邻(k-NN)方法生成目标在标定平面上的无畸变投影图像,并建立投影图像与世界坐标系的直接关联。提出了双平行平面模型下相机光心位置标定算法,利用线结构光进行板材厚度测量;在无畸变的投影图像上利用钢板边缘间的平行和垂直性进行钢板边缘特征提取,通过边缘直线的世界坐标方程求取长宽尺寸。最后,给出了针对大尺寸钢板测量的多相机测量系统框架。提出的方法为单目视觉测量方法,相比于其他方法具有现场安装简单和标定工作量小的特点。通过图像分辨率为640×480的相机对尺寸为80mm×50mm×15mm的标准铝块进行了测量,结果显示:厚度测量误差为0.1mm,长度和宽度的误差在0.2mm以内。实际应用中测量精度远高于加工精度,能够满足产品计量的要求。

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。

基于单目视觉的曲面弧度测量方法

针对异形件曲面弧度的测量问题,提出了一种基于单目视觉的曲面弧度测量方法.首先,用基于三色LED环形光源和CCD彩色相机组成的单目视觉系统采集单张包含被测曲面表面特性的彩色图像;其次,分析该图像的彩色分布特征、灰度变化规律和相邻区域特征的相关性,设计分割方法,完成目标曲面的分割;然后,基于单目视觉系统成像模型,结合材质与实验环境相关参量,推导出被测表面高度计算方程;最后,解出相邻像素点间的高度累加分量,进而还原被测点的高度,在此基础上,建立曲面弧度测量模型并完成曲面弧度测量.分别对3D打印曲面样品、螺钉螺纹、SIM卡槽进行了曲面弧度测量实验,与激光三角法测量结果对比,所提方法误差小于±3.6%,测量准确度为0.000 1rad,曲面弧度测量时长小于0.6s.实验结果表明,该方法对测量物体边缘、高度突变,高度渐变等类型的曲面都具有良好的适应性,在实现较高准确度测量的同时,具有较快的测量速度.

基于单目视觉的火炮身管指向静态测量

为解决自行高炮(SPAAG)火控系统精度测试过程中身管指向测量这一难点问题,提出了一种基于单目视觉的非接触直接测量方法。将棋盘状平面模板作为标志物固定到火炮身管上,使之位于相机视场范围内,测量身管在任一位置的高低角与方位角。首先利用Harris角点检测方法提取到角点坐标,进行相机成像模型的解算(相机标定),得到相机的内参。然后根据多点透视(PnP)问题解的稳定性,结合最小二乘拟合算法得到相应位置的外参矩阵。最终根据身管的运动模型以及标志物与之的相对位置解算出身管的两个指向角。仿真和实验均验证了该方法的可操作性和准确性。

目标位姿测量中的三维视觉方法

要测量出一组特征点分别在两个空间坐标系下的坐标 ,就可以求解两个空间目标间的位姿关系 .实现上述目标位姿测量方法的前提条件是要保证该组特征点在不同坐标系下 ,其位置关系相同 ,但计算误差的存在却破坏了这种固定的位置关系 .为此 ,提出了两种基于模型的三维视觉方法——基于模型的单目视觉和基于模型的双目视觉 ,前者从视觉计算的物理意义入手 ,通过简单的约束迭代求解实现模型约束 ;后者则将简单的约束最小二乘法和基于模型的单目视觉方法融合在一起来实现模型约束 .引入模型约束后 ,单目视觉方法可以达到很高的测量精度 .而基于模型的双目视觉较传统的无模型立体视觉方法位移精度提高有限 。

道路交通事故现场摄影测量的标定技术

在分析三维摄影测量标定方法的基础上,提出了基于平面模板的照相机标定方法,即从不同视点拍摄多幅现场图像,先进行线性求解,然后基于极大似然准则进行非线性优化,获得照相机模型参数。实验结果表明该方法标定精度高,标定物简单,更加灵活易用。

一种单目视觉标定飞机方向舵角位移的新方法

飞机飞行试验前需标定其方向舵等的角位移传感器。采用单目视觉方法进行标定。用一个圆周做靶面的主要标志,用2直线段的交点标明其圆心位置。测试靶基本上平行于舵轴固定在舵面上。用一台位置固定的数码相机对靶面拍照。设计了亚像素精度的处理方法用来处理数字照片,求出圆心像点位置和像面椭圆的方程以及椭圆短轴端点位置。设计了一套算法用来求出靶面的平面方程。方向舵的角位移可用靶面的角位移表示。未计入相机成像误差进行的仿真实验,不加噪声时,角位移误差小于0.001°;给像面椭圆添加μ=0,σ=2像素的高斯噪声时,角位移误差小于0.06°.靶面与舵轴不平行导致的测量误差可以修正,使测试靶容易安装。该方案可用于现场标定飞机升降舵、方向舵等的角位移。

基于投影轮廓的纸箱尺寸单目测量

针对长方体纸箱三维尺寸测量问题提出一种单目视觉方法,利用虚拟像平面相机模型,恢复出长方体在支撑平面上的虚拟投影图像,利用支持向量机的方法从投影图像上判别出纸箱区域,再利用一维Hough变换方法获取每条边缘线段的样本点集,利用投影图像上的长方体边缘间存在的平行或垂直等几何约束关系,通过最小二乘方法提取边缘直线方程,利用长方体固有的几何约束关系计算其三维尺寸。实验结果表明,该方法对于长方体三维测量结果误差在毫米量级,平均相对误差在2%以内,其测量精度不低于当前的最好方法,在测量系统结构的简单性、自动化程度、鲁棒性等方面都具有优势。

基于伺服机构的单目视觉深度测量算法

以工业相机为基础的机器视觉系统已经在现代机械制造业得到了广泛的应用,其中单目视觉定位系统则是最为常见的工业视觉系统之一。针对单目二维工业相机在实际应用中无法直接实现深度测量的问题,基于单目视觉广泛应用的平面定位场景,提出了一种基于伺服机构的相机快速标定与深度测量方法。本算法基于运动过程中的视差原理,结合伺服机构中获取的相对位移,实现了平面定位场景下二维相机的快速标定与深度测量。经实验验证,本算法在集成了单目视觉精定位系统的换夹具AGV上实现了深度方向的测量,实验结果体现出本算法良好的精度和稳定性,具备一定的实际应用价值。

基于物像尺度变换的河流水面流场定标方法

河流水面成像测速是一种非接触式测流技术,其中流场的定标主要基于直接线性变换法(DLT)。由于严重依赖于河流两岸控制点的数量、分布及坐标勘测精度,现有测量系统受到野外复杂施测条件的制约而难以快速安全布设。对此提出了一种基于物像尺度变换(OIS)的流场定标方法。在考虑相机倾角及水位变化的基础上,通过建立倾斜视角下变高平面的成像模型,推导出像平面和河流水面间"点-距离"的变换关系。进而设计一种激光测距仪辅助的测量装置及其检校方法用于模型参数的获取。实验结果表明,OIS法在精度方面与DLT法相当,但无需在现场采用全站仪布设控制点,显著提高了野外作业的效率和安全性。研究有望为新型集成一体化光学测流仪器的设计提供理论和技术方法上的支撑。

本期摘要

机器人测距技术是机器人导航、路径规划以及协作编队关键技术之一。基于透视投影几何原理．提出了单目视觉测距模型．实现物体测距。单目视觉测距模型实现了在摄像机与目标平面平行或者有夹角情况下，对目标物体距离的测量。实验结果表明．所提出的测距模型和和所用的算法．不仅避免了复杂的摄像机标定．而且测量速度快，能够实现对目标物体空间距离的精确测量。