于起峰 1,2,3,4张强 1,2陈文均 1,2尹义贺 1,2[ ... ]丁晓华 5
作者单位
摘要
1 深圳市智能光测与感知重点实验室,广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院,广东 深圳 518060
3 国防科技大学空天科学学院,湖南 长沙 410073
4 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
5 深圳市鹰眼在线电子科技有限公司,广东 深圳 518114
变形测量是大型工程建设与运维的基础性、常规性任务,是实验力学、结构健康监测学科最重要的内容之一,现有测量方法难以精准高效经济地实现大型工程结构大尺度高精度测量需求,迫切需要建立新的测量方法和技术。近年来,以摄像机/照相机为传感器的摄像测量理论手段具有非接触性、精度高、成本低等优势,被逐步应用于各种工程结构测量中。本文结合本团队的相机网络测量方法与系统,综述了单相机、多相机摄像测量系统,介绍了多相机系统的图像采集、相机标定、特征提取与跟踪、变形计算等关键算法,论述了摄像测量技术在长期监测和快速检测领域的相关应用,以及系统稳定性的主要影响因素,最后对大型工程结构静动态变形摄像测量方法与技术的成果和问题进行了总结,并展望了其未来发展趋势。
大型结构 变形 静动态 摄像测量 多相机系统 large-scale structures deformation static and dynamic videometrics multi-camera system 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112001
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Intelligent Optical Measurement and Detection, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 Shenzhen Sincevision Technology Co., Ltd., Shenzhen 518055, China
4 National Key Laboratory of Human Factors Engineering, China Astronaut Research and Training Center, Beijing 100094, China
5 College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Optical coherence tomography (OCT) allows a direct and precise measurement of laser welding depth by coaxially measuring the keyhole depth and can be used for process monitoring and control. When OCT measurement was taken during single-beam laser welding, the keyhole instability of aluminum welding resulted in highly scattered OCT data and complicated the welding depth extraction methods. As a combination of an inner core beam and an outer ring beam, a novel adjustable ring mode (ARM) laser for producing a stable keyhole was applied to the OCT measurement. Different ARM laser power arrangements were conducted on aluminum and copper. The results indicated that the ring beam greatly improved the stability of the core beam-induced keyhole, and smooth welding depth can be extracted from the concentrated OCT data.
optical coherence tomography adjustable ring mode laser laser welding welding depth 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011203
张跃强 1,2陈铭杰 1,2胡彪 1,2,*陈文均 1,2[ ... ]刘肖琳 1,2
作者单位
摘要
1 深圳大学智能光测研究院,广东 深圳 518000
2 深圳大学物理与光电工程学院,广东 深圳 518000
位移监测是结构健康监测最基础、最常规的任务之一。针对桥梁、隧道等长大线状结构形变监测,基于相机组网的位移传递测量是有效手段,但随着相机测站数量的增加,提点误差、模型简化等因素会导致相机网络的误差传递与累积,从而使得测量方程的病态程度增加,如何有效地抑制相机网络误差累积效应是该方法的关键问题之一。为此,本文对相机组网测量误差传递机理进行了系统分析,并提出一种基于误差系数的位移传递测量误差抑制方法,通过误差系数可以对网络测量误差直接进行表征。根据所构建的理论模型,优先在控制点处布置相机测站,尽可能在相机测站处增加标志点,并尽可能在相机测站间多布设标志点,以优化相机网络构型、提高测量精度,并在大跨度斜拉桥上对误差抑制方法进行了现场验证。结果表明,通过优化网络构型,相机网络的传递误差最高可被抑制79.19%。该研究可为相机组网测量在实际工程特别是长大线状结构形变测量中的应用提供有效的累积误差抑制和网络构型优化手段。
相机组网 线状结构 形变监测 位移传递误差 构型优化 camera networking linear structure deformation monitoring displacement transmission error configuration optimization 
光学学报
2023, 43(21): 2112002
作者单位
摘要
1 深圳大学智能光测研究院,广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院,广东 深圳 518060
3 深圳市深视智能科技有限公司,广东 深圳 518055
4 长沙天辰激光科技有限公司,湖南 长沙 410100
针对熔深间接测量方法测量精度低的问题,基于光学相干层析(OCT)的激光焊接熔深监测方法通过直接测量熔池小孔深度,实现在线质量监测。该方法基于低相干干涉精密测距原理,将测量光束与焊接光束同轴,具有测量精度高、抗干扰能力强的优点。搭建了基于谱域OCT(SD-OCT)的激光焊接熔深测量系统,在深熔焊条件下测量了熔池小孔深度,并应用百分位滤波算法从测量数据中提取出熔深曲线。针对百分位滤波算法的熔深提取精度受限于OCT测量数据噪声点和该算法需要根据焊接工况来调整滤波参数等问题,提出了一种基于局部离群因子(LOF)和最大值滤波的OCT熔深提取方法,通过与焊缝纵切面的熔深曲线对比发现,熔深提取精度最大提升了32%。实验结果表明,所提方法可有效提高熔深提取精度,且不需要调整算法滤波参数,适用性更强。
激光光学 光学相干层析 激光焊接 熔深监测 小孔深度 百分位滤波 局部离群因子 laser optics optical coherence tomography laser welding welding depth monitoring keyhole depth percentile filter local outlier factor 
光学学报
2023, 43(11): 1114002
蒋卓灿 1,2张跃强 1,2,*胡彪 1,2刘肖琳 1,2于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 深圳大学智能光测研究院,广东 深圳 518000
2 深圳大学物理与光电工程学院,广东 深圳 518000
由于缺少可参考的散斑图案,单目激光散斑投影系统需要借助精密的测距仪器,提前拍摄不同标准距离处的散斑图像,测量效率较低,且无法在线校正系统的光轴偏移。针对上述问题,提出一种基于单目激光散斑投影系统的外参数标定方法,可将单目激光散斑投影系统等效于带有散斑图像的双目立体视觉系统。通过调整标定板的位姿,计算同名散斑点的空间三维坐标,解算红外相机与激光散斑投射器之间的位姿关系,并对其进行迭代优化,生成投射器的虚拟散斑图像。实验结果表明,所提方法的位移测量误差低于0.16 mm,标准球的半径测量误差低于0.13 mm,且在一定的深度范围内,深度重建结果明显优于Astra-Pro的探测结果。所提方法可有效提高单目激光散斑投影系统的标定效率和深度重建精度。
机器视觉 单目激光散斑投影系统 外参数标定 迭代优化 machine vision monocular laser speckle projection system extrinsic parameters calibration iterative optimization 
光学学报
2023, 43(3): 0315001
作者单位
摘要
1 深圳大学智能光测研究院, 广东 深圳 518000
2 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518000
基于视觉的监测系统在野外进行长期工作时,安装了监测系统的平台自身会发生6-自由度(6-DOF)的微小晃动,从而给测量结果带来较大的误差。提出了一种线性求解相机微小位姿变化的方法:通过构造垂直双相机模型,引入垂直固连约束关系,可线性解算出相机6-DOF的微小变化。仿真验证表明:当相机发生三个欧拉角不超过30',三个平移向量不超过10 mm的微小位姿变化时,与典型的基于单目透视n点(PnP)的位姿估计算法相比,所提算法在解算精度、鲁棒性以及运行效率上都具有较大优势;室外实验表明:所提方法与单目PnP算法对比能更优地补偿观测平台自身微小运动引起的测量误差,在6个控制点下测量44 m处目标点的沉降量,利用所提方法修正平台位姿变化后绝对测量误差的平均值降至0.2 mm,验证了所提方法的有效性和实用性。
机器视觉 摄像测量 位姿估计 微动平台 垂直双相机 machine vision videometrics pose estimation micro-motion stage dual-orthogonal-camera 
光学学报
2021, 41(23): 2315001
张跃强 1,2,*周朗明 1,2尚洋 1,2于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
提出了基于轮廓模型的复杂背景弱纹理目标单应优化方法。算法在随机抽样一致(RANSAC)框架下实现了初始变换的求解,通过优化法向距离实现了单应的优化求解。为了快速稳健地求解初始单应,算法随机选取三条满足一定几何约束的直线段进行假设变换关系的求解,通过选取使得投影误差最小的变换关系作为单应初值。为了解决复杂背景条件下模型-图像对应错误引起的优化失败问题,在模型-图像点匹配阶段,算法为每个采样点保留多个图像点对应,同时在对样本点进行加权过程中,该算法综合考虑了样本点自身的属性和样本点同周围点的关系,有效提高了稳健性。实验结果表明:该方法能够实现复杂场景目标单应的优化求解,相比传统的方法,该方法能够有效克服复杂背景的干扰,实现弱纹理目标单应的稳健估计。
机器视觉 单应识别 单应估计 迭代加权最小二乘 machine vision homography recognition homography estimation iteratively reweighted least squares 
光学学报
2015, 35(10): 1015001
李鑫 1,2,*张跃强 1,2刘进博 1,2张小虎 1,2于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科学技术大学图像测量与视觉导航湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
为了实现高精度的基于直线段对应的相机位姿估计,提出一种直接最小二乘法。通过提出并利用一种直线段之间的距离测度,将原问题转化为最小化一个姿态旋转矩阵的二次目标函数,该距离测度综合考虑了线段的端点距离、中点距离、夹角和线段的长度,通过旋转矩阵的CGR 参数表达获得一个修正的目标函数,此修正目标函数的最优解条件组成了一个三元三次方程组,利用代数多项式方法在不需要迭代的情况下直接求解这个方程组,从而得到了旋转矩阵的全局最优解。该算法的计算复杂度为O(n)。仿真和真实实验验证了该方法的有效性和高精度。
机器视觉 相机位姿估计 直线段对应 多项式方程组 全局最优解 machine vision camera pose estimation straight line segment correspondence polynomial equations globally optimal solution 
光学学报
2015, 35(6): 0615003
张跃强 1,2,*苏昂 1,2刘海波 1,2尚洋 1,2于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 湖南省图像测量与视觉导航重点实验室, 湖南 长沙 410073
为了实现复杂环境下已知模型目标姿态的快速跟踪和估计,提出了一种结合三维(3D)粒子滤波跟踪和M-估计优化的位姿跟踪估计算法。基于直线的多级向量表示构造了新颖的模型直线和图像直线相似性度量函数;基于粒子滤波跟踪的姿态设计了模型直线和图像直线快速对应方法;利用M-估计实现了目标姿态的优化估计;利用重要性采样方法将优化姿态有效地融合到了粒子滤波框架。另外根据预测的目标位姿定义了图像动态感兴趣区域(ROI),极大地减少了特征检测和搜索的时间。实验表明,所提方法能够实现复杂环境下自由移动目标的快速跟踪和位姿的高精度解算,相比已有方法,所提方法在跟踪精度,计算效率以及稳健性上均有优势。
机器视觉 三维跟踪 直线表达 M-估计 粒子滤波 machine vision three dimensional tracking line representation M-estimation particle filter 
光学学报
2015, 35(1): 0115003

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