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大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 158-169页

作者：刘其林董明利孙鹏燕必希祝连庆长春理工大学光电工程学院长春130022 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过... 详细信息

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。

关键词：在轨摄影测量大视场角相机最优投影模型识别星光标定方法

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多相机视觉测量系统在轨自主定向方法

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 127-136页

作者：赵艳芳孙鹏董明利刘其林燕必希王君北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室长春理工大学光电工程学院

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段，而视觉测量具有极大的应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题，提出一种利用恒星和基准长度尺使多相机视觉测量系统实现外方位参数标定... 详细信息

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段，而视觉测量具有极大的应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题，提出一种利用恒星和基准长度尺使多相机视觉测量系统实现外方位参数标定的方法。首先提出一种基于相对外方位参数的恒星和基准长度尺成像模型，解决无人工目标点时多相机空间位置和姿态的解算问题；然后提出一种基于先验误差估计的加权联合平差算法，将三类不同数据融合，实现多相机外方位参数高精度标定。实测实验表明，利用所提标定方法，恒星和基准长度尺端点像面误差的标准差分别为0.48μm(1/7像素)和0.21μm(1/16像素)。另外，在2.5 m×1.4 m的测量范围内，所提方法的空间X、Y和Z坐标误差的标准差分别为0.15 mm、0.04 mm和0.05 mm。所提方法能为视觉测量在轨应用中面临的系统参数标定问题提供方法和参考数据。

关键词：多相机系统在轨标定相对外方位参数模型联合平差

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单目视觉空间移动靶位姿测量方法研究

仪器仪表学报 2023年第11期44卷 196-204页

作者：刘其林董明利孙鹏燕必希祝连庆长春理工大学光电工程学院长春130022 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192

为向室内定位技术定位精度及抗干扰能力提供高精度数据对比标准,提出单目视觉空间移动靶位姿测量方法。结合机器视觉投影矩阵求解与摄影测量后方交会技术,实现任意靶位姿下的相机外参数求解。首先,通过世界坐标系下地面控制点坐标及其... 详细信息

为向室内定位技术定位精度及抗干扰能力提供高精度数据对比标准,提出单目视觉空间移动靶位姿测量方法。结合机器视觉投影矩阵求解与摄影测量后方交会技术,实现任意靶位姿下的相机外参数求解。首先,通过世界坐标系下地面控制点坐标及其像面坐标,计算真实相机站位;随后,根据靶点初始世界坐标及其实时像面坐标,求解虚拟相机站位;最后,根据虚拟及真实相机站位外参数,将靶点初始世界坐标变换至靶点实时世界坐标。实验结果表明,在10 m×4.5 m×3.8 m测量空间中,靶位移距离测量误差X方向均方根误差(RMSE)为0.3583 mm,Y方向RMSE为0.3509 mm,Z方向RMSE为1.4752 mm。靶姿态角φ测量RMSE为0.0940°,ω测量RMSE为0.0893°,κ测量RMSE为0.0254°。满足大范围移动载体的高精度实时定位定姿需求。

关键词：空间移动靶单目视觉虚拟相机站位实时定位实时定姿

基于激光雷达与改进AMCL的爬壁机器人定位方法

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仪器仪表学报 2022年第12期43卷 220-227页

作者：王子润燕必希董明利王君孙鹏北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192

锅炉爬壁机器人在实际应用中存在轮式编码器与惯性测量单元(IMU)使用受限,车轮与金属水冷壁之间容易打滑等问题。针对以上因素导致机器人全局定位与位姿跟踪性能下降,提出一种基于激光里程计与改进自适应蒙特卡洛(AMCL)的全局定位方法... 详细信息

锅炉爬壁机器人在实际应用中存在轮式编码器与惯性测量单元(IMU)使用受限,车轮与金属水冷壁之间容易打滑等问题。针对以上因素导致机器人全局定位与位姿跟踪性能下降,提出一种基于激光里程计与改进自适应蒙特卡洛(AMCL)的全局定位方法。首先,使用基于PL-ICP方法的激光里程计替代传统轮式、惯性里程计;然后将遗传学中DNA交叉变异的思路引入AMCL的粒子迭代过程中,提出一种遗传算法改进的自适应蒙特卡洛定位方法,缓解AMCL粒子贫化导致位姿跟踪性能下降和恢复定位速度慢的问题。经实验验证,该方法的绝对定位误差控制在12.7 cm,精度较普通AMCL方法提升32.4%;该方法在机器人发生轻微打滑时定位结果几乎不受影响,发生较大滑动时恢复定位的速度较普通AMCL方法提升35%。

关键词：自适应蒙特卡洛 PL-ICP 遗传算法粒子贫化位姿跟踪

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多相机视觉测量系统在轨自主定向方法

激光与光电子学进展 2023年

作者：赵艳芳孙鹏董明利刘其林燕必希王君北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院长春理工大学光电工程学院

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段，而视觉测量具有极大应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题,本文提出了一种利用恒星和基准长度尺实现多相机视觉测量系统外方位参数标... 详细信息

在轨组装、维修等航天应用需要大尺寸高精度的在轨测量手段，而视觉测量具有极大应用潜力。针对目前在轨多相机视觉测量系统缺少人工参考物辅助相机定向的问题,本文提出了一种利用恒星和基准长度尺实现多相机视觉测量系统外方位参数标定的方法。该方法首先提出了一种基于相对外方位参数的恒星和基准长度尺成像模型，解决无人工目标点时多相机空间位置和姿态的解算问题；然后提出了一种基于先验误差估计的加权联合平差算法，将三类不同数据融合实现多相机外方位参数高精度标定。实测实验表明，利用该标定方法，恒星和基准长度尺端点像面误差的标准差分别为0.48μm(1/7像素)和0.21μm(1/16像素)。另外，在2.5m×1.4m的测量范围内，本方法空间X、Y和Z坐标误差的标准差分别为0.15mm、0.04mm和0.05mm。本方法能为视觉测量在轨应用中面临的系统参数标定问题提供方法和数据参考。

关键词：多相机系统在轨标定相对外方位参数模型联合平差

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基于点拟合的大尺寸视觉测量精度评价方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2010年第9期38卷 22-25页

作者：杨剑吕乃光董明利燕必希北京邮电大学电子工程学院北京100876 北京信息科技大学光电信息与通信工程学院北京100192

为了现提高场评价视觉测量系统的测量精度,提出以距离约束为基础进行点的拟合,利用拟合点估计偏差和不确定度进行评定的方法,并将拟合点不确定度定义为点的离散度.在视场内建立多个基准距离,利用距离和坐标系的选取无关的性质,在视觉测... 详细信息

为了现提高场评价视觉测量系统的测量精度,提出以距离约束为基础进行点的拟合,利用拟合点估计偏差和不确定度进行评定的方法,并将拟合点不确定度定义为点的离散度.在视场内建立多个基准距离,利用距离和坐标系的选取无关的性质,在视觉测量系统中基于距离约束进行点的拟合,利用拟合点的不确定度来表示整个视觉测量的不确定度.实验中,在置信水平为95%的条件下,测量的87个点中只有1个超出了极限偏差,拟合点离散度估计和统计结果符合较好.

关键词：视觉测量现场大尺寸测量精度评价距离约束点拟合

基于预筛选和局部单应性的风电叶片图像匹配方法

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电子测量技术 2022年第6期45卷 155-161页

作者：李梦帅燕必希董明利孙鹏刘其林北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室北京100192

将动态摄影测量方法应用到风电叶片动态监测中,对于优化风电系统设计、保证系统安全可靠运行具有重要意义。图像特征点自动匹配是动态摄影测量系统中的关键技术,匹配方法的优劣直接影响最终的测量精度。在实际风电叶片动态摄影测量中,... 详细信息

将动态摄影测量方法应用到风电叶片动态监测中,对于优化风电系统设计、保证系统安全可靠运行具有重要意义。图像特征点自动匹配是动态摄影测量系统中的关键技术,匹配方法的优劣直接影响最终的测量精度。在实际风电叶片动态摄影测量中,叶片运行时的摆振会加剧叶片的非平面性,使得直接采用极线或单应性匹配技术匹配双目图像特征变得更加困难,因此提出一种基于预筛选和局部单应性的双目图像匹配方法,可用于风电叶片平缓连续曲面测量场。首先,通过双目摄影测量系统获取叶片像点图,对左相机采集到的像点图通过极线约束筛选出各个点在右像面中的候选匹配点集;其次对当前待匹配点及其候选匹配点集中的每个点分别抽取一个以该点为中心的局部近平面区域并做相应组合;之后针对每一组近平面区域分别采用改进的随机抽样一致算法估计相应的最佳单应性矩阵模型;最后通过局部单应性变换及合理的误差阈值在多个候选点中确定当前待匹配点的最终匹配点。该方法已成功应用于风电叶片的摆振测量实验,像点匹配率不低于96%且匹配准确率不低于97%,能够满足实际风电叶片图像匹配精度的要求。

关键词：风电叶片图像匹配极线约束近平面随机抽样一致局部单应性

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随对焦状态与物距变化的畸变模型及标定方法

仪器仪表学报 2013年第12期34卷 2653-2659页

作者：董明利庄炜孙鹏王君燕必希北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室北京100192 北京邮电大学信息光子学与光通信研究院北京100876

为提高大尺寸数字摄影测量的测量精度,需要对目标点图像坐标进行精确的畸变修正,这依赖于精确的畸变修正模型及可靠的标定方法。通过建立随对焦状态和测量点物距变化的相机畸变模型,实现了任意对焦状态和物距下目标像点畸变量的计算。... 详细信息

为提高大尺寸数字摄影测量的测量精度,需要对目标点图像坐标进行精确的畸变修正,这依赖于精确的畸变修正模型及可靠的标定方法。通过建立随对焦状态和测量点物距变化的相机畸变模型,实现了任意对焦状态和物距下目标像点畸变量的计算。利用回光反射线建立了用于相机标定的共面垂线阵列测试场,并设计了借助高精度摄影测量系统和后方交会进行标定相机站位调整的方法。利用直线的透视成像依然为直线的原理设计优化目标,精确求解不同对焦状态和站位的相机畸变系数。为了验证模型的正确性和标定结果的准确性,设计了比较实验,实验结果表明,该方法给出的畸变量计算值与观测值间的相对误差不大于0.6%,而传统单一物距畸变模型的计算值同观测值间相对误差最大可达5%。数据说明,该畸变模型和相应标定方法能计算更为精确的畸变量,相对传统畸变模型能够进一步减少系统误差并提高摄影测量精度。

关键词：大尺寸摄影测量畸变模型相机标定测量精度垂线法

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长度约束下双相机外参数不稳定定向

仪器仪表学报 2015年第6期36卷 1326-1332页

作者：燕必希董明利王君孙鹏王少琼北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

动态立体视觉测量技术在几何量测量特别是大视场测量中应用越来越广。在分析动态双相机立体视觉测量相对定向算法的基础上,提出了一种基于一定数量距离约束的相机不稳定定向算法。在测量场中固定放置一定数量的一维标定靶标,双相机获取... 详细信息

动态立体视觉测量技术在几何量测量特别是大视场测量中应用越来越广。在分析动态双相机立体视觉测量相对定向算法的基础上,提出了一种基于一定数量距离约束的相机不稳定定向算法。在测量场中固定放置一定数量的一维标定靶标,双相机获取标定靶标上点的中心坐标,由极线几何约束快速准确解算双相机外参数,每次测量根据标定靶重新定向相机,由靶标补偿相机在测量过程中的位置变动,保证在测量场中即使相机站位发生位置变化仍可精确测量。实验中对分布范围2.5 m×1.6 m×4.5 m测量场中90个自反射目标点进行测量,选用5对点间距离作为距离约束,并与V-STARS/S进行结果比对。结果表明在相机站位发生明显变动情况下,90个空间点三维重建位置误差小于0.160 mm,标准差小于0.042 mm。将该方法应用于合成孔径雷达测量,得到相近结果。

关键词：视觉测量双相机外参数不稳定定向大视场