采用非平行双目视觉测量系统对水下目标进行测量时,水对光线的折射使传统外极线约束关系不再成立,导致系统的测量误差较大。为了进一步提高系统的测量精度,提出了一种基于多线结构光的水下双目视觉测量方法。该方法基于水下非平行双目视觉测量系统模型和光线追踪原理建立了水下外极线离散曲线模型,并提出了一种用于特征点匹配的水下外极线匹配方法,以实现水下目标的三维测量。实验结果表明,本方法可以有效实现多结构光的光条立体匹配,提高水下目标的测量精度。
测量与计量 机器视觉 组织中光传播 光路折射 中国激光
2021, 48(13): 1304003
针对水下环境中因光线折射、水体浑浊等产生的物体特征点难以提取的问题,设计了一种利用线结构光阵列提供视觉特征的水下双目测量系统,通过提取光条中心获得大量特征点。推导建立水下双目光路折射模型,并提出一种改进的外极线匹配方法,用于获得特征点三维坐标,实现了水下物体的测量和三维形貌还原。实验结果表明,所提方法对水下物体的测量精度与陆上相当,测量误差在0.3 mm以内,满足测量精度要求。系统测量过程快速准确,适用于水下实时定位测量。
测量 水下双目视觉 线结构光 光路折射模型 匹配 水下测量
针对工业现场的薄壁类零件圆孔轮廓的测量问题,构建一套基于双目视觉的测量系统。以双目摄像机作为视觉传感器,通过检测圆孔内部和零件表面灰度值,实现光源亮度的自动调节,使左右相机同时采集到最清晰的圆孔图像。通过圆孔轮廓识别和基于外极线约束的匹配,继而实现圆孔轮廓三维重建,从而获取圆孔的孔径信息和三维坐标。实验结果表明,系统具有较高的测量精度,其稳定性与精确性满足工业现场的应用。
测量 双目视觉 外极线约束 双目立体匹配 三维重建 中国激光
2019, 46(12): 1204004
针对用非平行双目视觉系统进行水下拍摄测量时,由于折射所导致的测量误差较大、精度不高的问题,建立了基于折射光路的水下双目视觉系统测量模型,并以Agrawal方法为基础,在已知两摄像机相对位置关系的前提下,对该测量模型参数标定的方法进行了改进。为验证改进的Agrawal方法的可靠性,与Agrawal方法进行水下标定对比实验。结果表明,相较于Agrawal标定算法得到的防水罩法向量这一模型参数,提出的改进算法的结果与真实值更为接近。在此基础上,应用标定后的水下双目视觉系统测量模型对水下靶标标定点间的标准距离进行测量,测量误差平均值为-0.0134 mm,最大误差为0.2073 mm,与空气中双目视觉系统测量精度相当。
测量 水下双目视觉 水下摄像机标定 平面折射几何
中国海洋大学 工程学院, 山东 青岛 266100
基于圆形标记点的平面靶标被广泛应用于摄像机标定与视觉测量中。针对该平面靶标, 为得到圆形标记点在像面上的圆心投影, 提高摄像机的标定精度, 本文提出了一种基于对偶二次曲线几何特性的圆心提取算法。该算法的核心是平面内一个标记点A像面投影二次曲线对应的对偶矩阵C*A, 相对于平面内另外一个标记点B的对偶矩阵C*B的一个广义特征向量, 穿过这两个标记点的圆心投影。因此, 在获取标记点亚像素级边缘点, 拟合椭圆得到椭圆二次曲线方程后, 通过任意两个标记点的对偶矩阵, 均可得到一条穿过这两个圆心投影的向量。经过同一个圆心投影的多个向量叉乘标准化后的结果就是该标记点的圆心投影。为测试本文方法提取圆心像点的精度, 本文在像面与靶标平面夹角40°的姿态下, 对直径为90 mm的超大标记点提取圆心投影, 圆心投影误差为0.1~1 pixel。并以此方法得到的圆心投影对手持式扫描仪进行摄像机标定, 进而对已知坐标的平面靶标及3D工件上的标记点进行扫描, 最大误差不超过0.2 mm。通过实验证明了本文提取的圆心投影比采用椭圆圆心的精度高, 而且提高了摄像机的标定精度。
平面靶标 圆形标记点 对偶二次曲线 摄像机标定 圆心投影误差 planar targets marked-points dual conic camera model projected center errors
针对大型工件难以进行全尺寸测量的问题，提出一种基于运动恢复结构的便携式空间点定位方法。首先使用具有身份唯一性的编码点粘贴在被测物体表面，实现各视图对应点的稳定匹配；接着为避免不同坐标系下位姿转换引起的累积误差，选定统一的坐标系，提出基于重心约束的基准定位算法；在此基础上，进一步确定相机运动参数的稳健性估计；最后利用多视图几何限制重建标志点的三维坐标，并用光束法平差对三维重建结果和相机内外参数进行全局优化。实验结果表明，该方法可实现大型工件的高精度测量，三维测量精度最大误差为0.133 mm，平均误差为0.031 mm，可满足工业现场对大型工件测量精度的要求。
机器视觉 三维重建 运动恢复结构 重心约束 编码点 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 081502
为实现大型自由曲面工件的高精度快速三维测量, 设计了一种由超大尺度结构光传感器和两轴导轨构成的三维测量系统。结构光传感器在两轴导轨的带动下获取图像, 通过计算得到目标工件的三维坐标。为了将二维图像坐标转换到三维相机坐标, 提出一种线结构光传感器内外参数同时标定的方法。该方法使用准一维靶标进行标定, 通过获取运动机构平移过程中靶标与激光光条的图像, 计算得到线结构光传感器内外参数。实验结果表明, 该标定结果可靠, 系统的测量误差在0.6 mm以内, 满足设计需求。标定过程操作简便, 靶标制作简单, 适合于工业现场标定使用。
机器视觉 内外参数同时标定 超大尺度线结构光传感器 准一维靶标 扫描测量系统
为了满足大型自由曲面工件高精度实时三维测量的需求, 设计了一种超大尺度线结构光传感器三维测量系统, 并提出一种基于一维靶标的传感器外参数的现场标定方法。实验结果表明, 该方法的标定精度与基于平面靶标的方法相当, 且其一维靶标的高精度制作更容易, 外参数的现场标定过程操作更方便, 更适合超大尺度线结构光传感器的现场标定。
测量 超大尺度线结构光 外参数现场标定 一维靶标 消隐点 中国激光
2017, 44(10): 1004003
为实现工业机器人对目标对象的三维定位，提出了一种线结构光视觉引导的新型工业机器人定位系统。以工业相机、激光器和振镜组成的线结构光自扫描测量装置作为视觉传感器，借助振镜转动实现激光平面对目标对象的扫描，获取目标对象在相机坐标系下的三维位姿。为了将目标对象的三维位姿从相机坐标系转换至机器人工具坐标系，提出了机器人手眼关系与工具坐标系联合标定的方法，最终实现了工业机器人对随机位姿目标对象的三维定位。实验结果表明，系统具有较高的定位精度，其灵活性和稳定性满足工业现场的应用要求。
机器视觉 视觉定位 结构光 自扫描 工业机器人 光学学报
2016, 36(10): 1015001
