光笔式三坐标视觉测量中的六点透视问题建模

为了提高光笔式三坐标视觉测量的正确性和有效性,对六点透视问题的理论渊源、数学模型及其数学模型的正确性和有效性进行了研究。以视觉测量的经典理论——"N点透视问题"的原理为依据,建立了光笔式三坐标视觉测量的通用数学模型。在充分分析和研究该通用数学模型解的性态的基础上,得出了光笔式三坐标视觉测量中的六点透视问题具有唯一解,而且可线性求解的结论,建立了六点透视问题的数学模型,并开发出对应该数学模型的实验测量系统,在三坐标测量机上进行了比对测量实验。比对测量结果表明:在300mm测量范围内,六点透视问题实验测量系统和三坐标测量机在X、Y、Z轴方向上的测量数据最大差值分别为0.06mm、0.07mm和0.09mm。六点透视问题的数学模型能基本满足现场测量精度的要求。

一种改进的PnP问题求解算法研究

透视n点投影问题是计算机视觉领域的一个经典问题,有着广泛的应用前景。针对Pn P问题中存在的位姿计算结果精度不高、稳定性不好,易受噪声干扰等问题,提出一种改进的Pn P问题求解算法,该算法考虑了参考点的不确定性因素对位姿计算结果的影响,将不确定性描述矩阵加入到位姿求解等式中。采用模拟场景和真实场景进行实验验证,模拟场景中旋转角度误差小于0.2,平移向量误差小于0.1%;真实场景中平移向量平均误差为0.16 m。实验结果表明,该算法进一步提高了位姿求解精度,且具有良好的稳定性、鲁棒性和抗噪能力。

非透视3点问题的解析解

由于在机器人导航等领域新的图像装置不符合透视规则,无法运用传统的透视位置估计方法,采用吴氏零点分解方法,给出非透视3点问题的解析解.利用新图像装置的几何条件,建立了非透视3点方程系统.

PnP算法在室内定位中的应用

基于视觉的定位技术是近年来室内定位研究领域的热点之一,有着广泛的应用前景。针对基于视觉的定位算法中存在的定位结果稳定性不高、易受噪声干扰等问题,对国内外现有方法进行总结分析,提出一种结合空间参考点不确定性的相机位姿估计算法。采用模拟数据和真实数据分别进行测试,实验结果表明,该算法具有精度高、稳定性好等优点,平均误差在0.08 m,70%的点定位误差小于0.1 m,90%的点定位误差小于0.2 m,最大定位误差为0.3 m,达到室内定位精度的标准。

场景识别与PnP结合的视觉室内定位技术研究

基于视觉的定位技术是近年来室内定位研究领域的热点之一,有着广泛的应用前景。针对基于视觉的定位算法中存在的定位结果稳定性不高、易受噪声干扰等问题,对国内外现有方法进行总结分析,提出一种利用卷积神经网络进行场景识别、利用空间参考点进行定位的方法,并进行真实场景实验。实验结果表明,该方法具有精度高、稳定性好等优点,场景识别正确率约为90%,定位平均误差为0.10 m,最大定位误差为0.30 m,达到室内定位精度的标准。

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。

基于图象的人体运动追踪系统研究

首先介绍了运动测量的几种主要方法,讨论了基于图象的运动追踪研究中要考虑的时间延迟问题及多摄像机的采集同步问题,最后介绍了一个能较好地完成大尺度空间人体无约束追踪的基于透视四点投影(P4P)问题的单摄像机运动追踪实验系统,包括摄像机标定、图象处理、特征提取、特征匹配、深度估计和姿态估计等等技术。

基于增强现实的骨科手术中引导手术导板精确安放方法

针对骨科手术中手动安放手术导板误差较大的问题,本研究提出了基于增强现实(augmented reality,AR)的骨科手术中引导手术导板精确安放方法。首先对术中视频流全局阈值分割,检测手术部位的目标轮廓,并将轮廓外接矩形4个顶点作为匹配跟踪点;利用基于P3P(Perspective-Three-Points)算法实现手术部位的初匹配;在此基础上,提出基于六自由度的Powell算法进行搜索优化,并改进其新一轮搜索方向,将得到的最优匹配矩阵同时作用于虚拟手术导板模型和虚拟手术部位模型;最后术中动态调整手术导板不同安放位置,利用交互式的图割算法提取实际手术导板,与虚拟手术导板进行Dice系数匹配度计算,并根据Dice值确定最佳安放位置。实验表明,该方法具有良好的引导效果。

激光跟踪测距三维坐标视觉测量系统建模

提出了一种激光跟踪测距视觉坐标测量系统,主要由摄像机、激光测距仪、计算机和光笔组成。测量时摄像机测量光笔上各光反射点的方向,激光测距仪跟踪捕捉并测量出某一光反射点到激光测距仪的距离,由测得的方向和距离计算出光笔笔尖接触点的三维坐标。根据n点透视问题(PnP)原理建立了系统的数学模型,激光测距仪测得的距离参数的引入,使得该数学模型可以线性求解,而且解具有唯一性。依据冗余技术给出了被测点三维坐标的求解方程组及其解法。和单摄像机视觉坐标测量系统的比对实验结果表明:在Z、Y和X轴方向上的测量稳定性精度可分别提高0.366、0.031和0.011 mm。

基于无人机影像的风机轮毂定位

介绍了利用无人机平台上携带相机拍摄的风机影像,基于计算机视觉中的n点透视(perspective-n-point, PnP)问题提出一种利用无人机影像进行风机轮毂初步定位的方法。实验结果表明,该方法能够满足风机轮毂初步定位的要求,具有一定应用价值。