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。

亚像素级激光光条提取及其激光平面标定应用(英文)

为了标定激光平面以实现三维形貌测量,提出一种亚像素级精度激光光条提取算法.该算法包括两侧边检测和中心线提取2个部分.首先,利用基于主成分角的渐进概率霍夫变换检测2条侧边并依赖该两侧边的距离获取光条宽度;然后,应用二维泰勒展式提取具有亚像素级精度的光条中心线并依据重建的三维坐标标定激光平面.实验结果表明,所提算法光条中心提取速度较快,平均约为78 ms/帧,光条平面共面误差较低,限制在0.3 mm以内.因而所提算法能够满足提取光条的两侧边和中心线的需要,且快速可靠、精度高和抗干扰能力强.

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。

一种基于平面标定物体的摄像机标定方法

从理论上提出了一种新的直接标定摄像机内部参数的算法.该算法是基于平面定标物体上,且只需一个坐标系统.与其他算法相比,这种算法大大简化了计算过程,避免了对多余参数的计算,可用它来标定摄像机的全部内部参数.

基于平面标定的仿人乒乓机器人动态定位方法

以乒乓机器人为研究背景,提出了基于平面标定的旋转平移矩阵计算方法。该算法不添加任何人工标志,仅利用球台上几条有限的直线对动态机器人进行快速、精确的定位。由于乒乓球台弱纹理特性,基于特征点提取和匹配基础上的传统立体视觉定位方法很难达到较好的效果。本方法根据乒乓球台本身特点,提出对乒乓球台平面及球网上沿平行于乒乓球台的平面进行单独的平面标定;并利用乒乓球台上直线相对位置固定的特点,准确提取两条共面并垂直的相交直线;最后,利用乒乓球机器人静止时身高不变的特点计算出乒乓球机器人的旋转平移量。实验结果表明方法具有快速、准确的特点,能够满足仿人乒乓机器人及时响应的需求。

基于径向基函数网络的二维平面标定方法

二维平面的标定即恢复某平面上点的世界坐标.传统的考虑各种非线性畸变的标定方法十分繁琐,而径向基网络可以实现从输入到输出的任意非线性映射,因此可将径向基网络应用于二维平面的标定.用神经网络来拟合摄像机的反投影过程,经训练建模后,网络输出能够反映训练样本的特征,可以得到较高的标定精度.实验结果证明了该算法的可行性.

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。

视觉测量中一种平面标定新方法

测量用摄像机进行标定是视觉测量中的重要环节.在分析其他标定方法的基础上,提出基于平面的标定方法以及它的应用场合、精度分析等.此平面标定法完全能满足一般应用场合中快速、准确的测量要求,尤其适用于实时性要求较高的几何尺寸在线检测.当摄像机镜头畸变较小时,应用此线性标定方法可以达到与非线性标定同等的精度.

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光测量系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响;首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。

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。

非量测相机的一种快速平面标定法

非量测相机由于其便捷性和价格低的优点受到越来越多的人青睐。平面标定也因为它的制作方便受到越来越多的关注,但是其不稳定性也让很多学者头疼。本文改进了张正友的方法,提高了相机内方位元素初值的精度,从而减少了迭代次数,也使迭代更容易收敛。

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。

多线激光分类与光平面标定方法研究

针对现有的三维测量系统在线激光标定过程中存在多线不易标定、提取特征点精度低等问题,提出一种新的多线激光分类与光平面标定方法。首先利用steger算法提取激光中心线,利用基于轮廓判断的方法对中心线进行分类;然后对标定板上的关键点进行检测,利用奇异值分解得出摄像机与标定板的对应关系矩阵,进而可利用对应关系矩阵,求解关键点在相机坐标系下的三维坐标;拟合标定板在相机坐标系下的平面方程,即可求出激光线在标定板平面上的三维点。多次变换标定板位姿,最终可完成多线激光平面标定。对标准块的重建实验结果表明,所提方法的重复测量均值尺寸精度达0.02 mm,满足工业精度要求,证明了所提方法的有效性。

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。

基于平面棋盘格标定板的三维空间标定新方法

在总结分析国内外摄像机标定技术研究的基础上,针对体育科研中使用三维立体框架进行摄像机标定在标定范围、误差、便携性及时效性等方面存在的不足,提出了使用平面棋盘格标定板进行三维空间标定的新方法。选取了5 m、10 m和30 m的拍摄距离,标定参照物选用传统三维辐射式立体框架和自制二维平面棋盘格标定板,对标准1 m长度的比例尺进行三维重建,对两种标定方法进行了精度比较。此外还对标准1 m板在测量空间的不同位置(测量画面中间、边缘)进行了误差分布分析。实验结果表明,基于平面棋盘格标定板的摄像机空间标定方法具有一定的优势,不论从使用方便性还是测量精度方面都克服了三维立体框架在使用中的不足,理论上能够满足体育科研的需求。

利用非精密平面标定场实现高精度相机标定

针对传统平面相机标定算法必须依赖精密标定场的问题,提出了一种能够适应非精密平面标定场的相机标定算法。该算法可在平面标定场存在较大变形的情况下,获取较为可靠的初始值,然后通过对相机内外参数和世界坐标点同时进行光束平差优化,即可得到非常精确的标定结果。根据实验对其实际标定效果的测试表明,即使在平面标定场存在较大变形的条件下,仍然能够利用该算法得到高精度的相机标定结果。所提出的相机标定方法比传统算法具有更强的适应性,且在实际应用中非常灵活方便。

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。

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。