1 道路施工技术与装备教育部重点实验室（长安大学），陕西西安70064
2 柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州545006
针对机器视觉系统中透视投影导致的钢管、桥梁拉索等圆柱表面缺陷测量不准的问题，提出了一种圆柱曲面透视投影失真的图像校正方法。该方法在提取圆柱成像区域、明确横向和轴向方向的基础上，基于圆柱曲面的透视投影特性，将产生的失真分解为轴向变形和横向变形，利用系统成像参数和圆柱半径建立校正图像与原图像的坐标对应关系，通过最邻近插值法进行像素映射实现透视投影失真校正。实验结果表明，该方法对不同直径圆柱的图像均有良好的校正效果，校正后的图像消除了圆柱曲面“近大远小”透视变形和倾斜投影变形；进行棋盘格模拟校正时，6个圆柱棋盘格边长的测量误差从校正前最高的14.9%降低至校正后的1.2%；进行划痕测量时，两种直径的原图像的最大误差分别为78.0%与61.8%，经本文方法校正后，两种直径的最大误差仅为5.9%与5.5%，校正效果显著。
图像校正 圆柱曲面 透视投影 失真 测量 image correction cylindrical surface perspective projection distortion measurement 光学 精密工程
2023, 31(11): 1691
1 西北工业大学 航海学院 青岛研究院，陕西西安70072
2 河北科技大学 机械工程学院，河北石家庄050091
3 西安交通大学 机械工程学院，陕西西安710049
为了克服工程大视场标定精度不高、标靶加工难度大以及现场操作繁琐的问题，本文基于工业近景摄影测量基本原理提出一种大视场多相机内、外参数的分步标定方法。首先，根据相机透视投影模型，在近距离采用小幅面标靶和角锥体法完成相机前截面内参数的解算；然后，在远距离被测空间内布置若干编码标志点，利用多片后方交会原理计算得到相机外参数；最后，对相机内、外参数进行整体光束平差优化，实现精确标定。为验证该方法的可行性和精度，进行了大视场视觉测量实验，测量结果表明本文标定方法的重投影误差小于0.08像素；外场试验实测10 m直升机旋翼总距角的相对误差小于0.1°。该方法可实现相机内参数标定实验室进行、外参数标定外场完成的操作分离。
大视场 大景深 透视投影 分步标定 large field of view high depth perspective projection two-step calibration
1 西华大学 电气与电子信息学院， 成都60039
2 中国空气动力研究与发展中心 高速空气动力研究所，四川绵阳61000
为了提高平面、近平面和近线等奇异构型目标点的位姿估计精度和稳定性，提出了面向奇异构型目标点分布的位姿估计算法。首先，选择距离最远的两个点作为基本目标点，将n点划分为n-2个三点子集。其次，根据三点子集的几何关系构建辅助点，旨在增加透射相似三角形法的几何约束，进而求得较为准确的相机位姿初值。最后，结合EPnP算法和高斯牛顿算法进行迭代优化，通过奇异值分解求得最终位姿。测量实验结果表明，当平面目标点数n=4时，正交迭代算法、EPnP算法和IEPnP算法的像方平均重投影误差分别为0.062 mm、0.324 mm和 2.238 mm，本文算法的像方平均重投影误差为0.003 mm，有效提高了奇异构型下目标点的位姿估计精度和稳定性。
机器视觉 位姿估计 PnP问题 透视投影 Machine vision Pose estimation PnP problem Perspective projection
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
针对现有的透视投影下混合表面3D重建从明暗恢复形状(SFS)算法中辐照度方程求解耗时较长、误差较大的问题,提出了一种基于牛顿-拉弗森法的混合表面3D重建快速SFS算法。首先,采用Blinn-Phong模型表征物体表面的混合反射特性,结合摄像机的针孔透视投影模型,建立了与物体表面3D形貌信息相对应的图像偏微分辐照度方程;其次,将辐照度方程转换为关于物体表面高度梯度函数的方程,使用牛顿-拉弗森法迭代求解该方程的解;接着,将此解转换为哈密顿-雅可比偏微分辐照度方程,利用勒让德变换获得偏微分方程对应的哈密顿函数;最后,运用最优控制原理和迭代fast marching策略构建哈密顿函数的逼近方案并得到哈密顿-雅可比方程的黏性解,此黏性解代表了混合反射表面的高度值。实验结果表明:与现有的基于upwind格式的混合表面3D重建SFS算法相比,所提算法的运行时间得到大幅度的降低,获得的物体表面高度的平均绝对误差与均方根误差亦有较大程度的减小。
机器视觉 从明暗恢复形状 混合表面 3D重建 透视投影 辐照度方程 光学学报
2021, 41(12): 1215003
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对位姿求解过程中存在的解不唯一、选解难和解的精度不高等问题, 提出一种基于点特征的单目视觉位姿测量算法。首先, 根据共面4个特征点之间的位置关系, 分别对平行和相交两种情况进行分析; 其次, 根据特征点的空间坐标、图像坐标和空间位置关系, 推导出世界坐标系中3个坐标轴上的向量变换到摄像机坐标系中的单位向量, 进而求解出物体相对于摄像机的初始位姿; 最后,用LM算法对初始位姿进行优化, 得到最终位姿。实验结果表明: 文中算法的合成误差为0.54 mm; 现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法的合成误差分别为1.28、1.52和4.26 mm; 文中算法的合成误差分别减小了57.8%、64.4%和87.3%, 优于现有的EPnP算法、两点一线算法和P3P算法。
单目视觉 透视投影 位姿测量 共面特征点 PnP问题 monocular vision perspective projection pose measurement coplanar feature points PnP problem 红外与激光工程
2019, 48(5): 0517002
广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
为了准确测量待检测物体厚度,提出了基于远心镜头的主动式激光三角测距的方法。而远心镜头采用平行投影的方式,使得像点位移与物体高度变化之间呈现线性关系,在此基础上建立了基于远心镜头的主动式激光三角测距模型,探讨了光学系统误差、机器装置误差、图像处理误差等影响精度的因素。实验结果表明,利用基于远心镜头的主动式激光三角测距的方法和补偿插值法得到的厚度测量平均误差能够达到5 μm以内。
图像处理 远心镜头 激光测距 透视投影 平行投影 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 031002
目前，靶场姿态测量以多台套交会测量为主，对于单站姿态测量尚没有较好的解决方案。为了解决该问题，以投影轴对称目标为例，提出了一种基于中轴线像长匹配的单站姿态测量方法。将透视投影拓展为2种等效形式，将体现目标姿态状态的中轴线向像面透视投影，可获得中轴线的投影像长或在等效物面的等效物长，根据目标中轴线的先验长度、相机内外参数及成像信息，经像长匹配即可获取目标的偏航角和俯仰角；实际工程试验验证了该算法的可行性，偏航角精度为1.7°， 俯仰角精度约1°，满足靶场单站测姿需求；并对姿态测量模型关键因素进行了误差分析。该方法可适用于非投影轴对称目标。
像长匹配 单站姿态测量 投影轴对称目标 透视投影等效形式 image length matching single station pose measurement projected-axisymmetric target equivalent form of perspective projection
为了探讨弱透视投影应用于靶场远距离、小视场姿态测量的可行性, 以轴对称回转体目标为例, 充分利用透视成像信息及弱透视投影原理, 逆向推导了单站弱透视投影的姿态测量模型, 实际试验结果证明了弱透视投影在靶场姿态测量中的可行性, 在文中所述的试验环境下, 弱透视投影与透视投影之间误差不超过0.05°; 明确了在靶场远距离、小视场姿态测量环境下, 弱透视投影误差主要来源于作用距离; 推导了算法适用的极限作用距离。以上研究为靶场弱透视投影远距离、小视场姿态测量奠定了一定的理论基础。
弱透视投影 姿态测量 极限作用距离 傍轴条件 weak perspective projection attitude measurement ultimate operating range near-axis condition
军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
通过观察点、目标以及背景之间的透视投影关系，建立了目标与遮挡背景之间的空间对应模型，得到了模型中的视点坐标和距离参数的背景投影误差方程，并利用蒙特卡罗统计方法对旋转角度参数进行误差分析.实验结果表明：各参数误差与像素偏差之间呈线性关系，在不同初始条件下，视点坐标和距离参数的误差对像素偏差的影响是不同的；由视点X、Y坐标误差引起的像素偏差远大于视点Z坐标或距离参数的误差，俯仰角与偏航角误差引起的像素偏差远大于由滚动角引起的偏差.
红外隐身 自适应 坐标变换 透视投影 蒙特卡罗法 误差分析 Infrared stealth Adaptive Coordinate transformation Perspective projection MontCarlo method Error analysis
