注塑件机器视觉缺陷检测的几何矫正方法研究

针对多面体注塑零件在机器视觉缺陷检测中的零件图像几何形变问题,提出了基于几何光学原理的矫正算法。在拍摄定位误差不大于1 mm的条件下,所述方法矫正误差理论上<0.1 mm,可满足注塑零件机器视觉缺陷检测的需要。首先对采集的图像进行预处理获取图像边缘;接着将轮廓线交点确定为零件顶点;根据顶点位置分割零件的不同表面并将其映射在二维平面;然后根据几何光学计算图像中每一个像素点的偏移量;最后使用基于几何光学的方法对图像中的像素点进行逐点矫正。利用一组六面体零件模拟实际工况,在不同的拍摄定位误差状态下进行实验,使用Matlab对矫正算法进行验证。实验结果表明,所述方法误差在0.1 mm以内,与理论分析相吻合,满足注塑零件在机器视觉缺陷检测中零件图像几何矫正精度的需要。

港口拆锁机激光与视觉融合案例分析

针对3D照相、单点激光传感器等单一技术方案在实现集装箱的位置定位过程中的不足之处,提出一种激光与视觉融合识别方案,给出了方案整体思路、平面视觉的模板匹配、点激光制导机械手臂运动等技术要点。实际应用表明,该方案在保留传统光电传感器稳定性优势的前提下,融合使用机器视觉技术,是一种可行的识别方案。

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。

大型自由曲面移动式三维视觉测量系统

本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统,用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式,并结合编码结构光技术,使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介,建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数,根据靶标上多个特征点求解出该矩阵,即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量,并进行拼接。结果表明,该测量系统操作简单,适用范围广;x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0.038 mm0、.022 mm和0.135 mm。

基于平面基线靶标的视觉测量数据拼接方法

针对视觉测量中三维数据的拼接问题,提出一种基于平面基线靶标的数据拼接方法。该方法利用平面基线靶标提供特征点,建立视觉传感器在相邻位置坐标系旋转矩阵和平移矢量各参数的优化目标函数,通过Levenberg—Marquardt优化算法求解出旋转矩阵和带有未知系数平移矢量。在此基础上,利用平面靶标上的基线长度确定平移矢量系数,从而求得数据拼接矩阵。利用平面靶标上100个点进行拼接试验,计算出x、y和z坐标拼接RMS误差分别为0．038 mm、0．022 mm和0．135 mm。结果表明该方法柔性好,适用范围广。

平面图像立体化关键技术研究

将平面图像转换成立体图像很有意义,获取同一场景的立体图像对是实现平面图像立体化的一个关键问题。本文以在平面图像中随机加入水平视差的立体化方法为基础,讨论当图像子块在水平方向上的随机位移分别服从不同分布时的成像情况,并采用交叉熵和均方根误差两个定量指标对转换效果进行评价。实验结果表明:(i)当随机变量都服从同一分布时,随机变量的取值对转换效果没有多大的影响;(ii)采用不同的分布时,立体效果化的效果会明显不同。一般的,采用正态分布立体效果较好。

直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位

提出一种直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台,研究并联平台视觉精密定位技术。给出并联平台结构并采用矢量链法得到并联平台运动学模型。针对并联平台动平台位姿测量问题,利用视觉系统作为反馈单元,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现对动平台位姿精确测量;针对传统PID关节控制器在实际控制中问题,采用基于扰动观测器的并联平台支链控制器模型。试验结果表明:对于目标位置为(20 mm,20 mm),并联平台半闭环控制精度约为±500μm,而通过视觉定位精度达到±5μm。视觉定位较半闭环控制大幅提高了并联平台定位精度,能够满足并联平台大行程、高精度定位的需求。

平面图像立体化研究

将平面图像转换成立体图像很有意义。Hou等人(2002)提出了一种平面图像立体化方法,称为Hou方法。在这个方法中Hou等人使用随机变量等参数控制转换过程,但没有讨论这些参数对立体效果的影响。该文利用Hou方法在标准的计算机监视器上对含有心理深度暗示的平面图像进行了立体化,给出了评价转换后的立体效果的定量指标,并讨论了各参数对立体效果的影响。实验结果表明:当随机变量矩阵中的每一个随机变量都服从同一种均匀分布时,随机变量的取值对立体效果没有多大的影响;当监视器屏幕与观察者的距离为一个合适的值(例如1m)时,图像子块的个数取不同的值对立体效果没有多大的影响。

人机交互界面的平面视觉图像色彩增强系统设计

图像色彩的清晰度与人机交互界面的平面视觉效果具有较大的关联性,为了提升平面视觉图像色彩的视觉效果,深入研究人机交互界面的平面视觉图像色彩增强系统,设计图像采集模块提取图像信息传输至图像色彩增强模块。图像色彩增强模块使用基于视觉特性的色彩图像增强算法,以直方图非线性自适应拉升的方式增强平面视觉图像整体亮度;并根据当前点和区域像素的关联性增强平面视觉图像局部对比度,增强人机交互界面的平面视觉图像的整体清晰度。经验证,所设计系统可有效增强人机交互页面的平面图像色彩清晰度,且在处理简洁、常规与复杂三类图像时,处理速度快。

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。

基于机器视觉的货物列车超限检测中基准面获取方法

超限货物运输是铁路货运中极为重要的组成部分。本文提出一种铁路货物列车超限检测方法,结合双目立体视觉测量技术和数字图像处理技术,实现对货物列车外形轮廓的非接触式超限测量。并根据该方法设计一种特殊的靶标,将轨道中心垂面的参数通过图像形式传递给检测装置,从而实现对轨道中心垂面的非接触式间接测量,解决了视觉测量中钢轨被遮挡情况下难以获取基准面的问题。实验证明,该方法在实际的户外大尺度测量条件下对基准面的测量误差小于10mm,可以满足实际超限检测的需求。

标定十字结构光传感器的新方法

建立了基于十字结构光的视觉传感器的数学模型,提出了一种基于自由移动平面靶标的十字结构光传感器参数的简易标定方法。在自由移动的平面靶标上建立局部世界坐标系,将通过交比不变方法获得的两个光平面上特征点的局部世界坐标,变换到摄像机坐标系,从而获得已知三维的标定特征点。利用构建的分别位于两个光平面上标定特征点,可以实现工作状态的十字结构光传感器参数的优化估计。该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,为十字结构光传感器的工程化应用奠定了基础。通过对圆的直径和中心坐标的测量实验,结果表明,该方法切实可行。

基于极坐标的摄像机标定

为了改进多摄像机标定实现的方便性和参考标定板的多样性,用极坐标设计标定板并以此来进行摄像机参数的标定.根据设计好的标定板确定世界坐标下的特征点,识别相应的特征点在图像坐标的位置,匹配特征点在图像坐标和世界坐标的位置关系后完成摄像机的标定.该标定方法只需大约20点对左右数据,同时保证标定的结果和鲁棒性;较少的点对和图像的多样性避免了遮挡和公共部分不足的问题,有利于完成多摄像机标定,较传统多摄像机标定方法在分配摄像机和标定板之间的位置关系上更加灵活.与传统的精确标定板的结果比较,在保证精度情况下,标定板设计和整个标定系统的实现则更加简单易行.

基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准

针对现有多视觉传感器全局校准方法多依赖外部辅助设备的问题,提出一种基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准方法。以其中一个视觉传感器为基础视觉传感器,建立全局坐标系。根据基础视觉传感器与待校准视觉传感器之间的位置关系,调整固定两个平面靶标之间位置。将双平面靶标无约束移动多次(至少三次),每个视觉传感器可以"看"到对应的平面靶标。以两个平面靶标之间位置关系不变为约束条件,求解待校准视觉传感器坐标系到全局坐标系的转换矩阵,通过非线性优化方法求解转换矩阵在最大似然准则下的最优解。当视觉传感器多于两个时,通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器现场全局校准。试验证明该方法灵活方便,切实可行。

机器视觉辅助的4-PPR并联机构工作空间分析

针对某大型激光点火装置光学元件的洁净精密装配特点,提出机器视觉辅助的全自动平面调整系统方案。利用机器视觉技术获取标定物和目标点之间的位姿关系,代入驱动器位移和动平台几何中心点的位姿方程,数学模型逆解,得出工作空间求解所需的4-PPR机构约束不等式组和任意空间点位姿方程组。最后在给定机构参数下通过一组实例,运用MatLab仿真分析动平台不同位姿的工作空间,并运用空间几何法进一步验证该技术的有效性。

基于平面靶的多气泡虚拟三维测量系统标定

基于单台高速摄像机和两组反射镜建立多气泡虚拟三维测量系统,根据立体视觉测量原理及投影变换模型,以平面靶为标定基准,通过镜头畸变校正与非线性算法优化,对系统中的左右虚拟摄像机及传感器参数进行标定,并应用于气液两相流中多气泡的实际测量.结果表明:使用平面靶标定的虚拟三维系统测量误差小于0.06,mm,可精确重建多气泡三维轨迹,实验结果具备可靠性和适用性.

基于自由靶标的线结构光视觉测量系统标定研究

针对现有的线结构光视觉测量系统现场标定方法存在效率低、操作复杂等不足,提出了一种基于自由移动平面靶标的标定方法。该方法以平面靶标作为标定对象,首先采用张正友的方法标定出了摄像机内部参数,然后引入了线结构光和自由移动平面靶标,以各种位姿下靶标内的激光条纹与棋盘格角点边线交点作为特征点,求取了特征点在摄像机坐标系下的坐标,并拟合出了结构光面平面方程,从而完成了整个测量系统的标定。试验结果表明,采用上述方法标定后的线结构光视觉测量系统测量误差小于1%,达到了较高的标定精度,能够满足使用要求。

一种基于手眼视觉的并联机器人标定方法

提出了一种基于手眼视觉的并联机器人标定方法。基于环路增量法,建立了平面2-DOF冗余驱动并联机器人运动学误差与标定模型;设计了一种标定实验靶板,利用相机采集靶板图像并对其进行分割、识别、旋转补偿的处理,获取机构末端目标位置和实际位置的像素误差值;针对机构自身结构的限制,利用边界曲线识别特征角点,提出了一种基于特征角点确定检测点旋转角度的方法,在补偿相机旋转角度的基础上,再利用简化后的相机针孔模型,将像素误差值通过转换得到机构末端执行器的真实位置误差值;最后利用标定模型和通过视觉系统获取的误差值进行运动学标定。经过4次迭代,机构误差减小为原来的1/3,验证了该方法的可行性。同时该方法具有标定过程用时短、数据量小、实验成本低等优点。

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。