基于双目结构光视觉的煤流量测量研究

在常规的双目视觉系统中,常用的加速稳健特征和尺度不变特征转换匹配算法对图像质量要求高,针对煤炭这种颜色纹理比较单一的场景应用时容易失效,且需要消耗大量的计算资源,难以保证实时性;激光雷达在进行煤流量测量时,有效视场范围较小,对应的测量点数较少,扫描频率也较低,在带式输送机运行速度较快时,精度会大幅降低。针对上述问题,提出一种基于双目结构光视觉的煤流量测量方法,将线结构光引入双目视觉系统,利用线结构光的约束,将图像特征点匹配简化成左右2幅图像行之间的匹配。在保证双目系统相机光轴平行度的基础上,采用对应行匹配计算三维坐标点,提高采样频率和分辨率,进而提高煤流量测量精度,降低测量系统对光照和环境的依赖。点云获取:利用线结构光凸显煤料截面曲线,提取煤料截面中心线的图像坐标,利用双目相机获取左右煤料截面线结构光图像,建立双目结构光三维重建模型,左右图像中心线坐标构成匹配点对参与计算煤料截面三维坐标,实现点云的实时获取。煤流量计算:利用空载胶带截面点云和负载胶带截面点云,结合获取煤料点云,利用微元法对煤料三维点云进行采样,分别利用均匀网格化法和三角网格化法求取单位时间内的煤料体积,实现带式输送机煤流量测量。实验结果表明,利用均匀网格化法检测煤料体积平均相对误差为6.758%,利用三角网格化法检测煤料体积平均相对误差为2.791%,三角网格化法测量精度高于均匀网格化法。工业性试验结果表明,基于双目结构光视觉的煤流量测量方法与电子胶带秤相比,绝对误差最大值为87.855 t/h,绝对误差平均值为25.902 t/h,相对误差最大值为2.876%,平均相对误差为0.847%,满足煤矿非接触式煤流量测量使用要求。

基于双目视觉的接触网几何参数测量系统

接触网是在电气化铁路中沿钢轨上空"之"字形架设的,供受电弓取流的高压输电线,其担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。针对传统的接触网几何参数测量方法中测量效率低下、精度不高的问题,设计了一种快速、高精度测量系统。系统基于双目视觉测量原理,由指示激光器进行特征指引,通过两台高分辨率摄像机采集测量特征并进行图像处理和三维解算,实现接触网几何参数的实时测量。实验结果表明:系统测量的重复性精度可以达到1mm,实现了接触网几何参数的实时、可靠测量,为接触网的日常维护与检修提供了理论依据。

钢轨全轮廓线结构光双目视觉测量系统标定

线结构光视觉测量技术因非接触和精度高的特点被用于钢轨磨耗测量。为解决钢轨断面全轮廓测量和线结构光测量系统现场标定困难的问题,提出了一种基于自由平面靶标的线结构光双目现场标定方法。首先,基于线结构光双目视觉测量模型搭建测量系统,分别采集两侧摄像机公共视角下任意位置的不含和包含线结构光的棋盘格平面图像;然后,采用棋盘格平面标定法获取两侧摄像机内部参数。利用线结构光平面与不同位置标定板相交产生的特征点拟合出线结构光平面在两侧摄像机坐标系中的平面方程,采用罗德里格斯变换原理求解出线结构光平面与两侧摄像机的外部参数;最后,结合摄像机内部参数和线结构光平面与摄像机外部参数实现钢轨全轮廓测量,并进行现场测试。试验结果表明,相机内参数标定误差约为0.03 pixel,结构光平面拟合度达0.999,钢轨断面全轮廓总测量偏差为0.54 mm,满足测量精度要求。

双目结构光的钢轨表面缺陷检测系统设计

随着高速铁路的快速发展及运输负载的增加,国家对铁路基础设施可靠性的要求越来越高。为实现钢轨表面缺陷的实时、多角度探测,设计了基于双目结构光的钢轨表面缺陷检测系统。该系统主要涉及三维数据采集设备的搭建及钢轨表面缺陷检测算法的实现。在搭建数据采集设备的过程中,由相邻的2台摄像机组成双目系统,利用激光发射器向钢轨表面投射线激光,并由相机采集钢轨表面线激光的形状变化图像。在重建过程中,标定并获得相邻的内外参数,采用高斯拟合和极线约束等方法,实现了完整钢轨表面的三维重建。通过设计模拟钢轨运动,完成了钢轨样品的重建。对比重建数据及效果可知,该系统可以有效地提取钢轨表面缺陷的深度及轮廓信息,且测量误差为4%,符合钢轨表面缺陷检测的精度要求。

基于双目视觉的三维测量方法

研究工业设备检测问题,为提高工业检测的效率,研究了激光线扫描与双目视觉相结合的零件测量方法。测量系统中两台摄像机成一定角度布置,线结构光投射到工件表面产生变形的激光条纹,作为形状表面测量标志线。为提高设备检测精度,系统标定中采用普通的电脑液晶显示屏作为标定模板,液晶屏中显示按规律变换位置的平行直线束图像,摄像机进行同步拍摄获取液晶屏图像序列。精确提取光条中心线,利用激光光条本身的成像特点与极线约束准则来进行对应点的匹配。完成测量点的三维坐标重构,进行仿真。实验结果表明了方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。

基于双目视觉的接触网磨耗在线检测研究

针对电力接触线磨耗检测中效率低、实时性差和精度低的问题,设计了一种基于线阵相机的非接触式测量系统。基于双目立体视觉原理和各坐标系关系,推导了接触线的磨耗表达式。系统采用递归逼近高斯滤波方法对采集到的图像进行滤波再进行边缘点提取,然后转化为磨耗长度并实时显示,并利用坐标变换对振动状态下测量的磨耗进行了误差分析。实验表明,能够实时地检测出电力接触线的磨耗大小,测量误差小于0.55 mm。

激光辅助的大型回转类零件直径实时测量方法

针对工业现场中需要对大型回转类零件直径实现实时、非接触测量的需求,提出了一种基于相交激光光条的双目视觉测量方法。结合双目立体视觉测量技术与直径测量的几何约束,采用强度高、方向性强的线型激光构造直径重建的特征信息;通过向待测零件表面投射相交的激光光条构造用于测量的特征点,提出了一种大型回转体表面激光光条交点的精确提取方法;利用摄像机标定结果重建激光光条交点的空间坐标,进而建立符合直径测量的椭圆模型并计算直径。在实验室环境下进行圆柱件直径测量实验,实验结果表明,待测物体的直径测量误差为0.5%,直径重建时间为1.026 s,所提出的测量方法为大型回转体直径的实时非接触测量提供可靠的技术手段。

水下移动双目视觉高精度定位方法

为提高水下移动双目视觉的定位精度,首先建立综合考虑径向畸变和切向畸变的水下摄像机非线性数学模型,然后利用焦距归一化成像平面上的成像点坐标和光轴中心点确定空间点所在的空间直线,最后利用两异面直线公垂线中点作为目标点并利用正交投影法求解。该方法不仅很好地化解水下移动双目视觉空间定位时两投影线不相交于一点的矛盾,而且还具有普遍性。

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统,采用高速线阵相机,通过光切法,获取接触轨目标图像,采用双目成像检测原理,同时结合车体偏移补偿,精确测量接触轨几何参数,采用实时定位系统,对检测数据进行定位。

新型国产轨道交通接触网检测系统研究

根据上海城轨交通接触网的现状及特点,阐述应用机器视觉理论研究开发专用非接触式接触网检测系统的关键技术,主要包括弓网关系、国内外检测技术现状、采用的技术路线、方案具体实施等,内容涉及高速数字成像、图像识别模型、图像边缘处理、几何光学布置设计、里程定位设计、多任务多进程软件设计。结果表明,接触网监测产品作为轨道交通接触网的专业检测装置,可适应国内轨道交通接触网的现状,同时利用自主研发的专业技术,可摆脱对国外进口设备的依赖,并能节约成本。

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统,采用高速线阵相机,通过光切法,获取接触轨目标图像;采用双目成像检测原理,同时结合车体偏移补偿,精确测量接触轨几何参数;采用实时定位系统,对检测数据进行定位。

基于双目视觉的零件多尺寸在线测量系统

针对零件的自动化测量环节,搭建了一套可用于工业流水线生产的零件多尺寸在线测量系统。首先,对经典的张正友相机标定方法进行了改进;其次,把边缘聚焦思想用于Canny算子实现了高精度的零件轮廓提取;然后根据相机的极线对齐理论,提出了基于极线阈值约束的灰度相关边缘匹配算法,获得零件轮廓点云图;最后,对目标点云数据拟合得到零件关键尺寸。整个过程基于高斯金字塔多分辨率技术来实现,在满足测量精度的前提下进一步提高了检测速度。经过多次实验测试,该系统具有测量精度较高、重复性误差小的优点,可以较好地完成零件的在线检测任务。

基于非接触式眼压计的双目定位方法研究

基于非接触式眼压计对人眼定位系统进行研究,采用汇聚式双目视觉模型对人眼进行定位。阐释了双目视觉原理和相机标定原理与流程,通过标定评价方法对标定结果进行评价,同时搭建双目视觉系统实验平台,对真实人眼进行试验。对眼图处理过程进行了分析,采用HOUGH圆检测与SURF-RANSAC算法进行特征点匹配,最后得到空间点与三维定位点坐标间误差,实验结果验证了方案可行性。

基于双目视觉的钢轨磨耗测量技术研究

近年来随着高速铁路和重载运输的大力发展,客货运量和行车密度大幅度增长,钢轨磨耗日益严重。而我国钢轨磨耗大部分采用接触式卡距或其它接触式测量方法,存在劳动强度较大、精度较低、效率较低等缺点。研制新的非接触式的钢轨磨耗自动测量系统具有重大的意义。目前国内已有基于单目视觉的非接触式钢轨磨耗测量系统的研究。本文针对单目视觉的局限性将双目视觉技术应用到钢轨磨耗测量研究中,对系统关键技术进行了深入的研究,实现了钢轨磨耗的测量。

一种双目立体视觉技术中三维坐标点的改进求取算法

在双目立体视觉技术中,经过特征提取和立体匹配得到两两对应的像素点对,根据摄像机标定建立的物体空间坐标到像平面坐标对应的矩阵,利用最小二乘法求取物体三维空间点的坐标。但是,由于最小二乘法没有考虑所建立的超限定方程组所代表的几何意义,计算出的点坐标精度不高。本文提出一种考虑方程组所代表几何意义的方法,利用异面直线公垂线中点去逼近物体空间点。

基于井下移动机器人双目视觉空间点坐标计算方法

为了解决基于移动机器人双目视觉井下环境三维重建中关键的空间点的重建问题,采用模拟数据实验方法和实际双目系统采集的实际场景图像数据的实验方法,研究了平行双目视觉系统的成像规律,提出了对双目视觉系统采集的图像对进行平行极线约束的校正方法以及由两幅图像对应点计算图像上的像点所表示的场景空间点的空间坐标,从而实现空间点的重建。研究结果表明:该方法对井下巷道的视觉测量、三维数据获取以及井下巷道环境的三维重建具有一定的参考价值和指导意义。

基于CMOS线阵相机地铁隧道裂缝快速检测系统

使用CMOS线阵相机系统如何快速检测地铁隧道裂缝,以北京地铁1号线大望站—南礼士路站和其它相关站区,对CMOS线阵相机检测系统进行试验研究。结果表明:采用CMOS线阵相机及图像处理系统,将相机及光源系统安装在检测车尾外部,不间断电源、计算机服务器和发电机等配套设备安装在检测车内部,由铁路轨道车作为牵引动力,在采取一系列操作程序和改进措施后,能够实现隧道病害裂缝的快速检测。

基于线激光-机器视觉的钢轨磨耗检测算法

提出一种基于机器视觉的钢轨磨耗检测算法,给出激光迹线的细化与多段合成,摄像机标定与边缘配准的处理算法。实验结果表明,该方法能在40ms内完成一次钢轨轮廓检测,平均误差为0.06mm,能够较好的达到实际检测所要求的精度与实时性要求。