天津理工大学 计算机科学与工程学院 教育部视觉与系统重点实验室，天津 300384
光场相机作为一种新型的成像系统，可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息，完成更加精准的场景深度计算，从而提升光场相机的三维重建的精度，需要实现精确的几何建模，并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发，将主透镜建模为薄透镜模型，将微透镜建模为小孔成像模型，结合光场相机双平面模型，将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系，详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义，以及标定过程中初值确定的过程，并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法，改进了光场相机的标定方法。实验显示，该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm，与经典的Dansereau标定方法相比，进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义，为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。
机器视觉 光场相机 重投影误差 相机标定 镜头畸变 machine vision light field camera reprojection error camera calibration lens distortion 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220326
1 天津大学医学工程与转化医学研究院，天津 300072
2 天津大学海河医院，天津 300222
3 天津理工大学计算机科学与工程学院，天津 300384
神经导航中基于面匹配的空间配准方法通过对齐图像空间和患者空间的人脸点云来计算空间的对应关系，但因时空差异，两类人脸点云之间可能会存在形变差异，从而导致配准精度劣化。针对这一问题，本团队提出了一种基于自适应阈值的配准方法。对于图像空间和患者空间下的人脸点云，首先使用基于体素的方法对两人脸点云进行降采样，然后使用采样一致初始配准算法进行粗配准，以提供良好的初值，最后通过迭代最近点算法进行精配准，同时使用一个自动计算的距离阈值来去除由局部形变产生的误匹配点对。在一个可设置局部形变的头部模型上进行了实验，结果表明本文方法可以降低人脸局部形变对配准精度的影响，使基于面匹配的空间配准方法更好地应用于神经导航。
医用光学 生物技术 神经导航 空间配准 形变 自适应阈值 迭代最近点 中国激光
2022, 49(20): 2007302
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
视觉传感器的外参标定旨在建立视觉坐标系与外部标准坐标系之间的关系。设计了视觉测量合作靶球以实现视觉测量与仪器测量之间的合作测量。通过将视觉测量合作靶球与激光跟踪仪靶镜相互替换获取公共点在视觉坐标系和外部标准坐标系下的坐标,并利用公共点在两坐标系下的坐标对目标函数进行非线性优化,获得视觉传感器外参数最优解。视觉测量合作靶球的设计将靶标、光源和球形外壳相融合,以满足与跟踪仪合作靶镜的互换性和球心可测的需求。对外参标定过程中的误差传递进行了分析,并通过仿真优化标定精度,以及实验验证该标定方法的精度。结果表明,该方法的外参标定精度可达到0.036 mm,能够实现直接、灵活、高精度的公共点数据获取。
机器视觉 外参标定 视觉测量合作靶球 立体视觉传感器 精度分析
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
提出一种改进的柔性视觉测量系统标定方法。建立了包含手眼关系误差与机器人运动学参数误差的系统误差模型。在机器人末端安装结构光传感器构建了机器人柔性视觉测量系统, 并在机器人工作空间中固定一个标准球作为标定参考物。标定时, 机器人被控制在不同位姿下测量球心坐标。首先, 应用机器人的理论模型初步标定手眼关系; 然后, 基于球心约束, 通过迭代算法同时得到准确的手眼关系和实际的机器人运动学参数。基于ABB IRB2400工业机器人进行了系统标定实验, 并利用激光跟踪仪进行精度验证。 结果表明: 标定前后机器人柔性视觉测量系统的距离测量标准差由0.566 mm降低到0.173 mm, 充分验证了改进方法的有效性和实用性。该方法提高了手眼关系的精度; 不需要采用任何昂贵的外部设备, 适合工业现场使用。
工业机器人 柔性视觉测量 手眼标定 误差修正 industrial robot flexible visual measurement hand-eye calibration error correction 光学 精密工程
2014, 22(12): 3239
