针对现有双目位姿测量系统中仅有两个目标点, 无法利用额外标定物对两个无公共视场相机进行标定的问题, 提出一种无需改变系统结构, 可以直接利用现有设备的双目相机位姿标定方法。首先固定两相机坐标系与公共目标坐标系的位置关系, 通过多次移动标定物的方式得到多组坐标数据;然后, 利用一种基于直接线性变换方法的改进算法对每个相机坐标系到公共目标坐标系的转换关系进行优化求解;最后, 利用优化后的相机坐标系到公共目标坐标系的转换关系求得两个无公共视场相机坐标系之间的转换关系。利用两个相机坐标系之间的转换关系求得两目标点距离, 并作为标定精度的评价指标。实验结果表明: 当目标点处在各自相机视场范围内, 相机与目标点之间的测量距离为 700~1 300 mm时, 利用本文方法求得的目标点距离的均方差 <0. 2 mm, 满足实际应用需求。

物理点的三维定位是计算机视觉实现特征提取、模式识别、测绘、运动分析的基础, 为了减少遮挡的影响及增大视场面积, 可以通过多视图实现点的三维定位, 但目前使用专门仪器设备及专门软件实现, 定位的点数、二次开发功能都有一定限制。本论文提出一种基于直接线性变换(Direct Linear Transformation, DLT)的物体上点的世界坐标系下的三维定位方法, 适用于单台相机移动获取的多视图实现的静态结构体点的定位, 也适合于多台相机同时拍摄获取的机器上点的三维动态定位。采用DLT方法进行各相机(或不同位置下的相机)进行标定获取内外参数, 即布置6个以上不共面且坐标已知的控制点, 根据空间三维坐标与图像二维坐标的线性变换关系列出方程组, 通过最小二乘法对相机内外参数进行线性估计; 再利用这些内外参数实现点的三维定位, 即依据空间几何线-线交会原理利用最小二乘法求解实现空间点的世界坐标测量。论文论证了本方法的原理, 提出了方法的步骤, 并以水田平地机为试验平台, 测量平地铲上待测点的世界坐标来验证。试验结果表明: 该方法测得的坐标在X,Y,Z方向的平均绝对误差为4.19 mm, 3.97 mm, 3.69 mm, 空间相对距离误差为0.81%, 满足一般测量精度要求。进一步提高精度可以考虑在标定步骤中校正相机失真。基于一台或多台相机得到的多视图, 该方法能够实现任意多个物理点的世界坐标测量, 测量结果不受相机位置影响。

为实现基于数字微镜器件(DMD)高动态范围成像系统中的DMD微镜与CCD像素间的高精度映射,提出了三种不同的像素级映射算法。介绍了基于DMD的高动态范围成像系统,分析了其映射原理以及映射的必要性,采用直接线性变换算法、非线性多项式畸变拟合算法和反向传播神经网络算法进行映射,并将其理论方法与成像系统相结合。通过图片测试,得到相应的参数并计算其误差,其中误差最小的是多项式畸变拟合映射算法,其均方根误差为1.02 pixel,即认为该算法可达到像素级映射的目标。该算法拟合了部分畸变误差,满足成像系统像素级映射的需求。

视场在180°左右的鱼眼影像的变形主要包括由镜头球形结构引起的变形和光学畸变, 针对这两种畸变提出一种基于三维控制场的分步检校方法, 该方法基于直接线性变换(DLT)建立像方空间与物方空间的对应关系模型, 结合球面透视模型迭代解算与鱼眼结构有关的变换半径, 在第一步检校结果的基础上建立影像的畸变模型, 并将该模型引入到DLT中对光学畸变参数进行检校, 利用第二步检校的结果对影像进行再纠正, 解决了鱼眼影像严重的畸变问题, 并通过实验验证了该方法的有效性及精度。

提出了地面三维激光扫描仪与外置数码相机安置参数的高精度标定方案。首先, 利用商业化近景摄影测量系统对相机内参数进行单独标定; 然后, 利用回光反射标志作为二维和三维匹配的同名控制点, 对直接线性变换进行拓展应用, 在算法迭代过程将内参数作为已知值对外参数进行求解; 最后, 根据相机数据采集特点确定其拍摄全景时多张影像之间的位置关系, 对多张影像的外方位元素进行求解, 从而实现全景点云与全景完整影像之间的映射。进行了实验测试, 利用安置参数标定结果反求验证点像素坐标与真实测量结果之差验证了本文标定方法的精度和可行性。实验显示: 点云与影像间的映射精度可达到1像素左右; 相机拍摄全景获取的影像与全景点云可以实现正确映射, 表明提出的标定方法正确, 满足纹理贴图及将影像作为特征提取辅助信息的精度要求。

直接线性变换(DLT)是基于理想的透视变换模型,通过求解线性方程组得到二维(2D)图像坐标与三维(3D)世界坐标的映射关系矩阵,该方法具有求解简单、速度快等优点,但没有考虑透镜畸变的影响。为了达到既求解简单又能校正畸变的目的,在采用共面点线性求解的基础上充分考虑透镜畸变的影响,在根据摄像机的信息确定参数初值后,通过最小二乘优化算法修正变换矩阵及畸变系数,得到了最佳参数值,并采用不同位置分布的数据点对,验证了该方法标定的畸变系数具有相对独立性。最后,利用求得的畸变系数对摄像机获得的方格图像进行校正,校正后图像的变形有了明显的改善,证明了本方法的有效性。

在线结构光360°三维轮廓测量方法中, 采用多图像传感器系统可实现物体整体轮廓及局部形貌细节同时高精度测量。为了实现测量系统多传感器同时标定, 提出一种线结构光多传感器三维轮廓测量系统的标定方法。以直接线性变换法为系统标定模型, 设计含有多特征点的靶标控制场来解算系统模型参数, 应用二元全区间插值误差校正方法对物方坐标计算误差进行校正, 实现对整个测量系统的标定。并提出了一种基于二维离散傅里叶变换的多分辨率标定靶标特征点提取的新方法。论述了线结构光四传感器测量系统的标定过程。实验结果表明这种标定方法可实现多传感器测量系统高精度同时标定。