大视场三维姿态角光学测量系统设计

三维姿态角光学测量通过对物体表面的光学图像处理,实现对物体的角度姿态测量;为提高目标三维姿态角光学检测的准确性,提出基于立体视觉的大视场三维姿态角光学测量系统设计方法;利用双基准平行准直光源与姿态敏感器,通过图像传感器、USB接口芯片等部件实现分割光斑、质心定位等功能;在Linux内核基础上设计信号收集、数据移植、串口通信、姿态角分析4个软件模块,同时引入立体视觉算法探究靶标点和图像像点对应关联,运用视差定理确立空间角度的三维坐标,实现大视场三维姿态角测量;实验结果证明:所建系统姿态角标定误差小、时间同步性强,测量累计时间低于15 s,具有较高的测量精度和鲁棒性,为机械设备精密部件尺寸测量提供了一种有效的技术手段。

Monitoring a Wide Manufacture Field Automatically by Multiple Sensors

This research is dedicated to develop a safety measurement for human-machine cooperative system, in which the machine region and the human region cannot be separated due to the overlap and the movement both from human and from machines. Our proposal here is to automatically monitor the moving objects by image sensing/recognition method, such that the machine system can get enough information about the environment situation and about the production progress at any time, and therefore the machines can accordingly take some corresponding actions automatically to avoid hazard. For this purpose, two types of monitor systems are proposed. The first type is based on the omni directional vision sensor, and the second is based on the stereo vision sensor. Each type may be used alone or together with another type, depending on the safety system's requirements and the specific situation of the manufacture field to be monitored. In this paper, the description about these two types are given, and as for the special application of these image sensors into safety control, the construction of a hierarchy safety system is proposed.

大视场双目视觉传感器的现场标定

分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,针对大视场视觉测量应用,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,由两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化相结合的方法同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明,该方法适合双目立体视觉传感器的现场标定,在6000mm×4500mm的范围内可以得到0.06mm的测量精度。

车辆智能障碍物检测方法及其农业应用研究进展

农业机械自动导航技术的应用可提升作业的精度和安全性,而障碍物检测是其中的重要环节。该文按照传感技术的不同进行分类,从单一传感器检测技术到多传感器融合技术,对车辆智能障碍物检测方法及其农业应用的研究进展进行了综述。其中单一传感器检测技术包括超声波检测技术、激光雷达检测技术和机器视觉检测技术,超声波检测技术受障碍物表面情况影响、激光雷达检测技术成本太高、机器视觉检测技术算法复杂耗时长,均无法满足复杂农田环境需求;多传感器融合技术则可以融合单一检测技术的优点,该文概述了视觉检测技术与激光雷达检测技术融合、视觉技术与超声波技术融合以及融合了深度和彩色图像信息的Kinect传感器检测技术的应用情况。最后,总结现有技术存在的问题,并对未来的研究内容进行了展望,包括新型装置和新算法引入及原有传统方法的改进两个方面。

双目视觉传感器的自动标定

双目视觉传感器在三维激光扫描测量中已得到广泛应用,其标定的简易与精确程度直接影响了三维激光扫描测量仪的使用。利用含有多个圆形标志的标定块以及两步标定方法,采用动态阈值分割,边缘提取,轮廓自动跟踪等技术,实现了对其自动标定。标定结果显示,自动化程度及标定精度较高,且具有较好的抗干扰性及稳定性。

双目视觉测量传感器研究

研究了按照激光三角测量原理由 1个线激光器及 2个CCD摄像机组成的双目视觉测量传感器。探讨了 2个CCD摄像机的摆放位置及其对测量精度的影响,确定了其几何参数。在此基础上,论述了其工作过程,包括其标定方法、标定过程、扫描图像采集、特征提取、特征匹配及三维数据生成。该双目视觉测量传感器配合扫描机构(如三坐标测量机 )即可对物体进行非接触式三维激光扫描测量,其测量速度快,精度比较高,可以应用于逆向工程领域。

白车身视觉检测系统中视觉传感器的可修复技术

针对白车身视觉检测系统中组成立体视觉传感器的两个摄像机,在光照不理想的情况下难以获得理想的立体像对,或某个摄像机损坏导致系统不能正常工作的情况,提出视觉传感器可修复技术。在立体视觉测量模型基础上,借助线结构光投射器,引入结构光测量技术,利用立体视觉传感器和左、右两个结构光传感器同时实现特征点的测量,大大提高了测量数据的稳定性和可靠性。研究结果表明,该技术切实可行,计算出的空间点距离与实际距离真值相对偏差优于0.5%,可以很好地完成修复任务,从而实现特征点的不间断测量。

一种新型的小型无线主动式全景视觉传感器设计

针对小口径火炮炮膛内表面全景图像获取难、内膛疵病种类多、定性定量分析难和检测自动化程度低等问题,本文提出了一种基于主动式全景视觉的各种口径火炮身管疵病检测方法。首先,设计了一种便于获取各种口径火炮炮膛形貌全景图像的主动式全景视觉传感器,通过对心装置将其与伸缩推杆连接成一体,便于在检测时主动式全景视觉传感器沿火炮炮膛轴线移动采集内膛全景图像;其次,通过P2P点对点通信技术将主动式全景视觉传感器获取的全景图像传输给检测系统。实验结果表明:基于主动式全景视觉传感器的视觉检测系统能够适合不同孔径的火炮身管,实现了小型化、无线化和轻量化的设计,为实现火炮身管疵病检测的"采集-识别-判定"全过程的自动运行奠定了坚实基础。

轮式机器人立体视觉平台的设计与实现

介绍了一种基于轮式机器人的立体视觉平台设计方案。给出了双目立体视觉原理和数学模型,从摄像机定标和对应点匹配两个方面讨论了形状与位置三维重建,阐述了双目立体视觉平台的设计,重点介绍了硬件平台的组成结构及各功能模块的电路组成与功能实现。该系统可根据具体应用情况灵活配置,因而结构合理、实用性强。

基于视觉传感器的二维尺寸测量

简述视觉检测原理的基础上,构造了基于视觉传感器的二维尺寸测量模型,给出了相应的测量原理及软件设计,并进行了实际的测量试验,证明这种基于视觉传感器的二维尺寸测量是有效可行的。

双目立体全景视觉传感器的三维测量精度的研究

从全方位视觉传感器ODVS(Omni-Directional Vision Sensor)的成像原理出发,指出双目立体全方位视觉传感器BOD-VS(Binocular stereo Omni-Directional Vision Sensor)的测量精度受基线距、测量距离和摄像机采集图像量化精度的影响;在同等条件下,证明了BODVS测量精度与基线距成正比、与测量距离平方成反比;为了便于进一步分析影响BODVS测量精度的因素,提出了一种ODVS的标定方法,并使用标定结果,在BODVS的基线距分别为62.198cm、82.198cm和102.198cm下,通过测距实验验证了上述结论。

基于虚拟四目的立体视觉固定飞行昆虫运动参数测量系统

提出了基于单摄像机的测量高扇翅频昆虫飞行运动参数的虚拟四目立体视觉测量系统。文章首先分析了虚拟测量系统原理和立体视觉测量原理,并指出了采用虚拟四目立体视觉测量系统测量昆虫运动参数的必要性,最后给出了基于多平面的虚拟四目立体视觉测量系统的标定方法和实验结果。实验结果表明利用该测量系统可以较好的恢复昆虫双侧翅膀的运动信息,极大的降低了系统成本。

虚拟立体视觉自由飞行昆虫运动参数测量系统

本文提出了用于测量自由飞行昆虫运动参数的立体视觉测量系统,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量。文章在分析虚拟四目立体视觉测量原理的基础上搭建了虚拟四目立体视觉测量系统,并设计了自由飞行昆虫的引导装置,最后利用该测量系统和引导装置实现了自由飞行昆虫双侧翅膀运动参数的测量。实验结果表明该系统不仅降低了系统成本而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性,对研究自由飞行状态昆虫运动机理具有重要意义。

基于标准杆的双目视觉传感器标定技术研究

目前制造业对大范围精密测量技术要求越来越高,为了克服传统双目立体视觉标定过程中测量场难实现、标定精度低等缺点,提出了一种较灵活的基于一维标准杆的双目视觉传感器的标定方法。该方法首先利用正方形模板和带有四个特征点的标准杆实现主点和畸变的标定,然后在测量场多次摆放标准杆,由两摄像机拍摄标准杆图像,利用标准杆上对应特征点之间的约束以及基本矩阵估计双目视觉传感器其余参数,最后光束法平差进行整体优化,消除累积误差。仿真实验和真实实验结果均表明该方法适用于大视场双目视觉传感器的标定,操作简单、标定效率高。

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。

失效卫星空间近距离接近的位姿联合确定

为了保证对失效卫星的在轨修复等操作的安全可靠实现,针对失效卫星近距离接近中的位置、姿态确定问题开展研究。在分析了失效卫星特性及运动模式的基础上,考虑到立体视觉系统构建的基于失效卫星表面特征点的观测模型不仅与相对位置、姿态有关,而且与追踪星本体位置、姿态也存在一定的关联。因此,提出了一种基于失效卫星相对位姿及追踪星本体位姿联合估计的方法。首先建立了相对位置、姿态模型和追踪星本体位置、姿态模型;然后根据建立的状态模型,以及立体视觉系统、GPS、星敏感器构建的量测模型设计了扩展卡尔曼滤波器。最后的仿真结果表明:该方法可以同时估计出两颗星之间的相对位置、姿态,以及追踪星本体位置和姿态,且能达到较高的估计精度。

主动式三维立体全景视觉传感技术

为了使全方位视觉传感器(Omni-Directional Vision Sensor,ODVS)获取的全景图像上各像素本身具有成像物点的深度信息,文中设计了一种具有单发射中心点(Single Emission Point,SEP)的全景彩色体结构光发生器(Panoramic Color Structured Light Generator,PCSLG)以配合具有单视点(Single View Point,SVP)成像特点的ODVS;然后将ODVS和PCSLG垂直配置在同一轴心线上,实现一种主动式立体全景视觉传感器(Active Stereo Omni-Directional Vision Sensor,ASODVS);最后根据全景图像上各像素点所带光源的颜色信息,通过颜色识别算法以及ODVS和PCSLG的几何关系推断PCSLG的发射角并估算成像物点的深度值.实验结果表明,该文设计的ASODVS能快速实时进行全景立体图像的特征点实时匹配和空间物点深度的测量,实现了一种以观察者为中心的3D主动立体视觉感知.

双目全方位视觉传感器及其极线校正方法

为了扩大双目立体视觉的视场范围,提高双目立体匹配的速度和准确度,设计了一种双目全方位视觉传感器(ODVS)立体视觉成像系统,提出了一种基于竖直线的极线校正算法.将两个结构相同的ODVS以上下同轴同向的方式进行组合,得到全景立体视觉空间,分析了双目ODVS的成像特性,实现了一种无需任何专门的标定设备、仅利用场景中与ODVS成像平面垂直的竖直直线(如门框、窗框,墙角线等)来校正其极线的算法.实验结果表明,该算法对双目立体全景视觉成像系统是一种有效的极线校正方法.

一种主动式全景立体视觉传感器设计

现有的三维激光扫描仪无法实时、全自动地计算空间三维信息,需要对获得的点云数据进行配准。为解决这些问题,研制了一种新型主动式全景立体视觉传感器(ASODVS),并且从影响ASODVS测距精度的各个因素进行了分析。实验结果表明:设计的ASODVS能自动、实时地进行空间物点深度测量,并得到相应的点云数据。

基于双目立体视觉的工业机器人在线温度补偿

工业机器人在工业现场进行连续高速作业过程中,电机发热和关节摩擦生热将导致机械臂本体温度升高,引起机器人末端定位漂移,严重影响机器人的重复定位精度和作业精度。针对制造现场的工业机器人,提出了一种基于双目立体视觉的温度误差在线补偿方法,并基于微分运动学和双目视觉原理构建了温度误差补偿模型。在机器人末端安装基准球,同时在基座附近固定视觉测量传感器,机器人完成作业循环之后,以不同的姿态带动基准球至传感器视场内进行补偿测量。此外,通过分析各关节参数随时间变化的规律,筛选出符合温度漂移规律的显著性参数进行补偿,有效降低了补偿测量次数和耗时。实验结果显示,补偿后机器人的重复定位精度可维持在±0.1mm的水平,能够显著改善制造现场工业机器人的作业精度,且整个补偿测量过程耗时10s左右。