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。

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。

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。

针对结构光自扫描测量系统参数标定问题，提出了一种基于共面法的高精度标定方法，能够同时标定系统的内外参数。建立了相机和系统模型，采用张正友方法标定相机和平面棋盘靶标内外参数，针对系统标定需求完成了靶标位置规划，在同一光平面下变换靶标位姿获取共面光条中心点，利用多组中心点数据分别求解各光平面方程。由于多个平面交线不唯一，定义了优化目标函数对振镜转轴在相机坐标系下的表达进行优化求解，求得振镜坐标系与相机坐标系的转换矩阵完成标定。该方法标定过程简单，算法运算量小，便于现场标定。结果表明，标定方法具有较高精度，能够满足测量要求。