上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240
提出一种基于多层感知机的金属表面光度-结构光测量数据融合算法。设计了融合面结构光与光度立体视觉两种测量原理的复合传感器,分别获得同一相机坐标系下的缺失点云及完整法向量多模态数据。为有效融合两种数据,设计了基于位置编码的多层感知机网络,以点云为形状约束,以法向量为纹理约束,实现金属表面完整的高精度三维重建。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明:该方法有效避免了法向量积分累计误差的问题,在获取完整点云的同时,测量精度相较于结构光测量系统提升了50.4%。
测量 结构光 光度立体视觉 视觉测量 复合传感器 多层感知机 光学学报
2023, 43(19): 1912002
中国人民解放军63861部队,吉林 白城 137000
为解决靶场高速相机在野外大视场测量中标定的问题,提出基于机载标识目标的标定方法,采用机载精确定位标识目标来获取已知点集,并采用基于模拟退火麻雀搜索的方法解算高速相机内外参数。设计易于远距离辨识的机载标识目标,采用事后动态差分进行精确定位,并通过位置修正实现标识目标空间位置精确测量;研究基于模拟退火麻雀搜索标定法,实现高速相机内外参数解算,完成标定。在所设计的验证实验中,所提方法对高速相机内外参数解算的重投影误差为0.43 pixel,交会误差均值为2.5 cm,标定效果和交会精度优于Tsai两步标定法,提高了高速相机远距离标定精度和交会测量精度,解决了对空测量时高速相机的标定问题。
遥感 相机标定 高速相机 事后动态差分 标识目标 模拟退火 麻雀搜索算法 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1428007
1 天津科技大学 电子信息与自动化学院,天津 300222
2 天津三星视界移动有限公司,天津 300385
针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。
视觉测量 顶管机导向 坐标点云 网格标定 vision measurement guidance of pipe jacking machine coordinate point cloud grid calibration 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210933
四川大学电子信息学院光电系,四川 成都 610065
在应用旋转台与相机组成的旋转视觉测量系统时,为了方便后续的数据拼接,标定出相机光心与旋转轴之间的距离至关重要。提出了一种基于双目视觉原理的相机光心与转轴距离的标定方法,建立了相应的数学模型并推导出了解析表达式。利用转台带动已知内参数的相机旋转一次,拍摄两幅标靶图片,即可利用标靶图像上特征点对的物理图像坐标、对应的空间距离、旋转角和相机内参数,计算出相机光心与旋转轴之间的距离。计算机模拟和实验验证了所提方法的可行性。计算结果可用于旋转视觉测量系统的相机光心与转轴的对位,对位精度可达到0.16 mm。
测量 旋转视觉测量系统 相机标定 双目视觉 光心与转轴对准 光学学报
2022, 42(21): 2112001
上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240
为提升现有视觉标记点法的角度测量精度与鲁棒性,提出了一种融合微透镜阵列与随机微图形阵列编码的高精度视觉位姿测量方案。首先,在标定阶段中,利用微透镜阵列下动态变化的随机微图形阵列成像模式对角度空间进行密集的高精度编码,通过汉明码构建高精度空间角度坐标基准。然后,在测量阶段中,基于观测到的显示图像构建观测角度编码,并联合最邻近角度基准加权计算出测量位置的精确角度信息,最终实现超高精度的三轴角度测量与位姿估计。同时,进行了大量的真实实验以验证所提方法的有效性。实验结果表明,所提方法可实现高于0.08°的角度测量精度,与先前工作相比,在保证位移测量精度的情况下将角度测量平均误差减小了97%。此外,所提算法的鲁棒性保证了自然光照条件下的高精度位姿测量。最后,通过充分的定量比较全面地分析了阈值分割与角度编码参数等因素对测量精度的影响。
测量 视觉标记 微透镜阵列 视觉测量 位姿估计 光学学报
2022, 42(16): 1612002
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210123
非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。
三维视觉测量 线结构光 标定 3-D vision measurement line structured light calibration 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210894