1 东南大学土木工程学院江苏省工程力学重点实验室，江苏 南京 211189
2 山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255090
对棱镜分光式单目立体视觉系统进行了深度方程的推导，修正了棱镜位姿偏移引入的成像误差，分析了位姿引起的成像视场变化。该系统由一个相机与两个具有相同参数的双棱镜组成，相机单次拍摄可获取两幅具有视差的子图像，这可视为两个具有一定夹角的虚拟相机同时成像。采用虚拟点模型与光线追踪法推导深度方程，建立视差与深度方程参数之间的关系，进一步研究了系统中物距与夹角对图像深度信息与视差的影响。棱镜组的人为放置，不可避免地引入位姿误差，进而影响每个成像通道中的成像视场。基于棱镜的旋转与偏移，建立了修正的虚拟点模型，并深入研究了棱镜组位姿对系统成像与视场产生的影响；最后通过实验验证了理论与推导的有效性与准确性。
测量 单目立体视觉 棱镜位姿 深度方程 系统误差 视场评估
基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建，适合于动态成像，但在水下应用时，存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足，以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立了基于主动投射散斑图案的水下双目视觉成像模型，分析了散斑图案对水下双目对应点匹配精度的影响，搭建了主动散斑水下双目视觉动态三维成像系统实验装置。实验结果表明，基于主动散斑投射的水下双目立体视觉技术具有较好的动态3D成像效果，动态误差在该双目立体视觉实验装置本身结构和系统参数决定的静态误差之内。
成像系统 水下双目立体视觉 动态三维成像 水下三维重建 主动散斑投射 光学学报
2023, 43(14): 1411003
1 兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070
2 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心，甘肃 兰州 730070
3 天津大学微电子学院，天津 300072
为提高隧道环境下列车的定位精度，提出了一种基于可见光通信与双目立体视觉的列车自主定位方法。首先，列车根据安装在隧道壁上发光二极管（LED）光源的光信号实时接收LED光源对应的唯一标识符（UID）。然后，运用灰度重心法和最小二乘法，列车获取LED光源图像中光斑中心的像素坐标。接着，利用双目立体视觉原理，得到列车初始定位结果。最后，采用维纳滤波器和惯性测量单元（IMU）补偿列车运行引起的定位误差，得到列车实时定位结果。结合成都地铁1号线的线路数据和设备信息来验证列车自主定位方法的可行性和有效性，研究结果表明：该方法最大静态定位误差为29.93 cm；当列车在不同速度下运行时，最大定位误差为36.11 cm，满足列车控制系统的定位要求。
光通信 可见光通信 列车定位 双目立体视觉 车车通信 光学学报
2023, 43(10): 1006001
尹维 1,2,3†李明雨 1,2,3†胡岩 1,2,3冯世杰 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,*
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室（SCILab），江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京理工大学智能计算成像研究院（SCIRI），江苏 南京 210019
4 苏州亚博汉智能科技有限公司（Abham），江苏 苏州 215000
散斑投影轮廓术通过投影单幅随机散斑图案编码场景的深度信息，利用散斑匹配技术建立立体图像间的全局对应关系，从而实现单帧3D重建。但由于被测物体表面的复杂反射特性和双相机间存在的视角差异，投影单幅散斑图案无法为整个测量空间中每个像素编码全局唯一的特征，由此带来的误匹配问题导致测量精度较低，难以满足一些工业场景的高精度测量需求。提出一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）投影阵列的散斑结构光三维成像技术及其传感器设计方法，所研制的三维结构光传感器集成了3个小型化散斑投影模组，投影一组空间位置不同的散斑图案，对被测场景的深度信息进行高效时空编码。提出一种由粗到精的时空散斑相关算法，以提升测量精度，重建复杂物体的精细轮廓。通过精度分析、三维模型扫描、小目标金属零件检测、复杂场景测量等实验证明，所提三维结构光传感器实现了远距离、大视场的高精度三维测量，可潜在应用于零件分拣、机器人码垛等工业场景。
三维成像 立体视觉 光学成像 散斑投影 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811014
1 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京 100081
2 北京铁科英迈技术有限公司，北京 100081
接触网几何参数是我国高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）的基本检测内容，是保证电气化铁路安全运营的重要参数。基于多目立体视觉技术研究设计了一种接触网几何参数测量系统，并测量拉出值、接触线高度等几何参数。研究开发了一种高速同步频闪照明技术，该技术使测量系统的功耗显著降低，图像质量和抗阳光干扰能力显著提升。建立了用于接触网几何参数测量的线阵相机立体视觉测量模型，并提出了一种可靠的线阵相机立体视觉匹配方法。采用激光二维传感器进行车体振动补偿并建立了车辆振动补偿模型。研制了接触网几何参数测量系统样机并开展了现场测试。测试结果表明：拉出值和接触线高度的测量精度优于10 mm，所提方法为6C系统提供了一种可靠的接触网几何参数测量手段。
测量 接触网几何参数 立体视觉 频闪照明
光子学报
2022, 51(12): 1211002
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
基于等腰棱镜和单摄像机设计了一款小型化工业内窥镜系统, 它能够同时获取同一场景的两个视图并在单帧CCD图像上显示。通过建立系统结构参数模型, 分析测量范围对系统测量误差的影响, 结果表明: 近距离测量时, 测量范围小系统误差小, 随着测量范围变大测量误差也会变大, 并且在沿着直线ω1=ω2方向, 误差变化平缓。利用该系统测量高精度标定板的方格尺寸, 测量误差达到微米量级, 平均误差为2.06%, 符合工业应用需求。文章系统结构紧凑, 系统参数相对较少, 对工业内窥镜的结构设计与应用具有一定的指导意义。
等腰棱镜 工业内窥镜 双目立体视觉 误差分析 biprism industrial endoscope binocular stereo vision error analysis
1 西南林业大学 数理学院 ，云南 昆明 650224
2 昆明铁道职业技术学院，云南 昆明 650224
准确提取三维点云数据中待测目标的点云集合是三维点云目标识别技术的一个关键问题，也是近年来目标识别领域从二维向三维拓展的一个重要挑战，其主要难点在于快速寻找离散点云之间的相关函数关系。结合立体视觉与特征匹配构建了可以表征不同视场条件下的目标点云约束的机制，通过采用立体视觉作为约束条件完成了对原有特征匹配算法的优化。设计了基于立体视觉的估计算法，通过训练学习获得了不同选取比例条件下的识别规则。实验采用ARIES激光雷达采集点云，并通过MATLAB选取三种典型目标状态。当目标区分度高时，优化前后的目标识别率都在98%以上；当目标区分度低时，优化后对目标边界的限定条件可以很好地提高识别概率。采用优化的点云数据位置偏差量可达到0.55 mm，相比未优化的0.74 mm提高了0.19 mm。同时，优化后算法的收敛时间曲线要优于未优化的，3000点以上的收敛时间均值约为8.33 s，优于未优化的12.76 s。综上所述，优化后的算法具有更好的识别效率。
目标识别 点云数据处理 立体视觉 特征匹配 target recognition point cloud data processing stereo vision feature matching 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210596
北京理工大学光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京
在光学三维成像领域，双目视觉三维成像、飞行时间成像、结构光等方法为深度信息获取提供了多种可能性，但上述方法均存在一定的技术局限性。偏振作为光波的特有属性，提供了更多维度的信息，将光学偏振特性应用至三维成像，可以在一定程度上弥补现有三维成像方法的不足。基于不同的三维成像原理，从偏振特性的应用方式出发，分别介绍了近年来国内外在三维成像与光学偏振相结合方面的研究思路、方法与成果，涵盖偏振双目视觉三维成像、偏振飞行时间及偏振结构光三个方面，同时对比了三类融合光学偏振的典型三维成像方法的特点、适用场景等，总结了各类方法的优缺点，为该领域的后续研究提供了指引。
光学偏振 三维成像 偏振双目视觉三维成像 偏振飞行时间成像 偏振结构光 polarization depth imaging polarized stereo vision polarized time-of-flight imaging polarized structured light
