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基于CNC全自动影像测量仪的测量校正系统设计与实现

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基于CNC全自动影像测量仪的测量校正系统设计与实现

作者：肖文昊华中科技大学

学位级别：硕士

影像测量仪是以电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)数位影像为基础,结合图像处理、计算机视觉以及软件信息技术的非接触式复杂精密测量系统。任何有序系统在无外力影响下最终将走向无序状态,测量校正系统能够提供干预内部混沌趋... 详细信息

影像测量仪是以电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)数位影像为基础,结合图像处理、计算机视觉以及软件信息技术的非接触式复杂精密测量系统。任何有序系统在无外力影响下最终将走向无序状态,测量校正系统能够提供干预内部混沌趋势的有效手段。因此本文将立足图像处理和测量校正技术,设计并实现基于全自动影像测量仪的测量校正解决方案。工业测量软件是测量仪的上层管理应用,提供完善的功能实现和丰富的可视化操作。测量校正系统作为测量软件的子系统实现涵盖数据校正、测头设备管理以及图像处理等技术。首先剥离抽象出测头实体设备的基本数据类型,设计实现一套完备的管理机制在系统运行期间持有测头对象,对外提供添加、修改、删除等能接口,对内维护状态转移过程以及数据持久化;然后根据数据校正的设计需求实现相机畸变校正、XY轴比例校正、温差补偿、水平校正、CCD倍率校正等功能,在相机畸变校正中采用多种圆检测方法融合的自适应框架,根据检测图像的特征参数挑选合适的检测路径;对系统的整体设计原则提出要求,使用单例模式、工厂模式以及注册机制降低类对象之间的耦合性,通过模块化设计保证系统运行的鲁棒和稳定。最终在影像测量仪上进行全面的系统测试与分析,各项功能实现符合预期且达到验收标准。

关键词：影像测量仪镜头畸变数据校正图像处理

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柔性测量臂激光测量头标定及精度研究

柔性测量臂激光测量头标定及精度研究

作者：江舜妹华中科技大学

学位级别：硕士

逆向工程是当代先进制造技术的重要组成部分,在吸收国内外的先进制造技术、缩短产品的开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大的作用。柔性测量臂由于其体积小、重量轻、携带方便、测量范围不受工作台面限制等优点,已日益受到逆向工... 详细信息

逆向工程是当代先进制造技术的重要组成部分,在吸收国内外的先进制造技术、缩短产品的开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大的作用。柔性测量臂由于其体积小、重量轻、携带方便、测量范围不受工作台面限制等优点,已日益受到逆向工程领域的重视。目前在国外,柔性测量臂的技术已经非常成熟,但是价格也很昂贵,因此,开发出技术相对成熟、成本较低的国产设备成为当务之急。本文在前人工作的基础上,对新开发的柔性测量臂激光测量头的标定和精度进行了研究。首先针对柔性测量臂是基于单目视觉测量技术的特点,对单目视觉测量方法进行介绍,并对单目视觉测量中常用的几种测量做了详细的介绍,接着对单目视觉测量系统实现的关键部件(例如镜头、CCD、图像采集卡等)的选用原则进行分析。其次对柔性测量臂工作原理和激光测量头成像原理作了简要介绍,针对柔性测量臂激光扫描头是使用单摄像机和线结构光来匹配被测物体表面的三维数据特点,设计了一种新型的阶梯形标定块,通过标定块图像和激光条纹图像完成了摄像机的内外参数标定和激光平面参数标定。最后分析了影响三维激光扫描系统精度的几个因素,并根据不考虑畸变,仅考虑一阶径向畸变两种摄像机模型,分别在选中间12个孔和选30个孔作为标定点时进行摄像机标定实验和标定误差分析比较,再根据同时考虑径向畸变、偏心畸变和薄棱镜畸变的摄像机模型提出了一种新的标定方法,并用这种标定方法进行摄像机标定实验和标定误差分析比较,最后分析了空间圆的透视投影模型及误差模型,并提出了相应的修正方法。

关键词：逆向工程柔性测量臂激光测量头摄像机标定激光平面标定镜头畸变

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基于平行直线束图像序列的摄像机标定

计算机测量与控制 2010年第6期18卷 1421-1423,1427页

作者：曲学军张璐沈阳航空工业学院航空宇航工程学院辽宁沈阳110136

模拟与实现了一种基于主动视觉的摄像机参数标定方法;首先对空间平行直线束的成像规律进行研究,建立了平行直线束的消隐点与投影中心的连线和该平行直线束方向矢量的关系,在此基础上利用多组平行直线间的夹角作为约束求解摄像机焦距以... 详细信息

模拟与实现了一种基于主动视觉的摄像机参数标定方法;首先对空间平行直线束的成像规律进行研究,建立了平行直线束的消隐点与投影中心的连线和该平行直线束方向矢量的关系,在此基础上利用多组平行直线间的夹角作为约束求解摄像机焦距以及外参数。实验中采用普通的电脑液晶显示屏作为标定模板,液晶屏中显示按规律变换位置的平行直线束图像,摄像机进行同步拍摄获取液晶屏图像序列;在标定过程中摄像机与液晶屏的位置固定不动,避免了主动视觉方法对高精度平台的要求;该方法完全自动进行,内外参数分阶段线性求解且稳定性高;方法中不涉及图像间匹配问题,且无需知道标定模板的物理度量;模拟与真实实验均表明了该方法的有效性与实用性。

关键词：交比摄像机标定主动视觉镜头畸变

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移动视觉检测系统的建模与标定方法研究

移动视觉检测系统的建模与标定方法研究

作者：刘超天津大学

学位级别：硕士

本文针对回转体的外轮廓检测设计了单目视觉检测系统。为实现大尺寸几何特征的检测，引入了运动控制机构，以带动图像采集系统完成对其多次成像。针对本文系统的特殊结构，建立了系统的数学模型，分析了模型误差。为实现大尺寸的精密测... 详细信息

本文针对回转体的外轮廓检测设计了单目视觉检测系统。为实现大尺寸几何特征的检测，引入了运动控制机构，以带动图像采集系统完成对其多次成像。针对本文系统的特殊结构，建立了系统的数学模型，分析了模型误差。为实现大尺寸的精密测量，本文提出的方法为：先标定摄像机的非线性参数，再通过畸变图像还原出理想图像，最后由理想图像得到待测几何特征尺寸。按照系统的开发流程，本文依次介绍了系统的结构设计、数学模型的建立和参数标定三个部分，各部分研究工作如下： 1)根据对回转体的结构特征、检测精度等要素的分析，将视觉检测系统分为图像采集系统和运动控制系统两部分。在图像采集系统的设计中，选择了背向光照明方式、物方远心镜头和高分辨率摄像机来搭建图像采集系统;运动控制系统辅助完成大尺寸几何特征的图像采集。实验表明，该系统能在运动控制系统的精确带动下完成对回转体外轮廓各个位置的清晰成像。 2)在介绍摄像机的线性模型和非线性模型的基础上，提出了本文系统的摄像机模型，并分析了弱透视模型带来的成像误差，计算表明，本系统的成像误差小于0.0055mm，能够达到检测精度要求。 3)为实现大尺寸几何特征的精确测量，将系统的标定过程分为了三个过程。首先通过相同靶标点在两幅图像间的位置关系求解非线性参数;然后由非线性参数和原始图像还原出理想图像;最后再由靶标的空间坐标和其在理想图像中的坐标关系求解摄像机的线性参数。模拟实验表明，在靶标点数为25，噪声水平为0.2像素时，畸变中心的平均误差为(0.2243,0.1636)像素，畸变系数误差为0.28%;真实图像实验证实了非线性参数标定方法的有效性和线性参数标定方法的稳定性。在完成系统参数的标定后，介绍了大尺寸几何特征的测量原理。

关键词：大尺寸精密测量机器视觉镜头畸变图像校正摄像机标定

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利用单个球的投影性质标定抛物折反射摄像机

利用单个球的投影性质标定抛物折反射摄像机

作者：李远珍云南大学

学位级别：硕士

中心折反射摄像机具有较大的视场和单视点等特性,被广泛应用到计算机视觉领域中;摄像机标定是计算机视觉工作不可缺少的一步,因此中心折反射摄像机标定有重要的研究意义和应用价值.本文通过分析单个球在抛物折反射摄像机下的成像几何特... 详细信息

中心折反射摄像机具有较大的视场和单视点等特性,被广泛应用到计算机视觉领域中;摄像机标定是计算机视觉工作不可缺少的一步,因此中心折反射摄像机标定有重要的研究意义和应用价值.本文通过分析单个球在抛物折反射摄像机下的成像几何特征,提出五种算法获得圆环点的像或正交消失点,从而获取摄像机内参数.这五种算法如下:在单位视球模型下,三维空间中的一个球投影到单位视球上形成两个异面平行圆,称为对拓圆.在其中一个投影圆上取互异的两点,根据对拓点的定义,两个点和它们的对拓点组成一个矩形,在像平面上可获得一组正交消失点.在投影圆上取互异的两点,两点所在的直线与其对拓点所在的直线平行交于无穷远点.两异面的平行圆有四个虚交点,其中两个为圆环点,与无穷远点共线.根据射影变换下的仿射不变性,在像平面上可获得圆环点的像.在球像上取两组互异的两点可获得投影圆所在平面所对应两个消失点,过这两个消失点的直线为消失线.消失线与球像的交点为圆环点的像.过投影圆上一点的切线和对拓圆上的对拓点的切线平行,交于无穷远点.无穷远点关于圆的极线方向和该无穷远点方向正交,在像平面上可获得一组正交消失点;同时这组正交消失点所在的直线为投影圆所在平面所对应消失线,消失线与球像的交点为圆环点的像.基于MATLAB R2016a平台,通过大量的仿真实验和真实实验验证本文算法的鲁棒性.在实验中考虑镜头畸变,真实实验中做了三维重构实验.实验结果表明本文的算法具有较强的鲁棒性.

关键词：抛物折反射摄像机摄像机标定对拓点正交消失点圆环点的像镜头畸变

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光场相机建模与畸变校正改进方法研究

光场相机建模与畸变校正改进方法研究

作者：艾文宇天津理工大学

学位级别：硕士

光场摄像机作为一个新型的多数目视觉摄像机,能够通过一次拍摄,同时记录光辐射到空气中的位置和方向信号。不同于传统摄像机机的成像原理,光场相机在主镜片和图像感应器之间通过安装微透镜阵列实现成像。光场相机建模及参数标定方法,作... 详细信息

光场摄像机作为一个新型的多数目视觉摄像机,能够通过一次拍摄,同时记录光辐射到空气中的位置和方向信号。不同于传统摄像机机的成像原理,光场相机在主镜片和图像感应器之间通过安装微透镜阵列实现成像。光场相机建模及参数标定方法,作为光场研究及光场应用研究重要基础及组成部分,已成为计算光场应用领域的科研热点。不过,由于光场相机受到自身成像关键技术和特点的制约,其成像建模和标定方法面临着误差和准确度不足的问题。为此,文章主要围绕着光场相机的成像建模和标定方法进行了研讨与实验,本文的主要工作内容包括:1、从小孔成像模型与薄透镜模型出发,详细说明和分析了光场相机双平面模型中每个参数的物理意义,以及标定过程中初值获取方法的推导过程。利用光场相机Lytro Illum采集原始光场数据,获取相机的白图像并定位微透镜阵列中心,解析光场原始数据以及合成多视角子孔径图像,对不同视角下的子孔径图像的特征点进行分析,对光场相机的精确几何模型进行参数化表示,为光场相机的建模奠定实际物理基础。2、改进了光场相机标定中畸变校正的方法,根据相机标定初始化阶段得到的内参与外参进行分析,将主透镜的径向畸变模型及切向畸变模型应用到光场相机几何模型,并进行非线性优化得到最终优化结果,提高了光场相机标定的精度。并通过实验验证算法的有效性。

关键词：成像系统光场相机相机标定镜头畸变

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基于GAMOS的切伦科夫光学仿真平台

基于GAMOS的切伦科夫光学仿真平台

作者：林叶楠西安电子科技大学

学位级别：硕士

光学成像技术作为分子影像的一个重要分支,近年来取得了快速发展。受益于光学检测设备越来越高的灵敏度和分辨率,切伦科夫现象开始应用于医学影像领域,进而发展为一种可促进光学成像技术临床转化的新成像模式——切伦科夫光学成像技术... 详细信息

光学成像技术作为分子影像的一个重要分支,近年来取得了快速发展。受益于光学检测设备越来越高的灵敏度和分辨率,切伦科夫现象开始应用于医学影像领域,进而发展为一种可促进光学成像技术临床转化的新成像模式——切伦科夫光学成像技术。作为研究光学成像技术的一个重要方面,光学成像仿真可以利用数学计算获得一系列成像相关的计算数据。针对切伦科夫光学成像进行仿真,具体包括了两个方面,即通过切伦科夫现象产生的光子在生物组织中传输过程仿真和光学检测设备成像时产生光学畸变的仿真。基于蒙特卡洛方法的GAMOS仿真平台已经研发用于切伦科夫光学成像的仿真。然而,GAMOS仿真平台存在两大问题:使用复杂和缺少光学检测设备的仿真。GAMOS仿真平台采用其特有的脚本语言进行编写。随着仿真环境和仿真物体变得越来越复杂,对脚本编写的要求也越来越高;同时因为脚本中包含大量仿真物体的光学仿真参数,导致不同的仿真需要人工修改大量参数,这使得大规模仿真变得极为困难。因此,本文在面向对象的基础上设计了针对于GAMOS仿真平台的脚本自动生成方法,来简化仿真步骤。另一方面,光学检测设备中镜头所产生的景深效应和畸变效应会对切伦科夫光学成像的仿真结果产生重要影响,而现有基于GSMOS的切伦科夫仿真并没有关注镜头的影响,其仿真过程仅为组织内光子的传输过程仿真,而镜头对于最终结果产生的影响被忽略。因为,本文的第二部分内容则关注于在改善的GAMOS仿真平台中加入镜头效应的仿真。最终,我们利用设计的仿体模型,对改善的基于GAMOS的切伦科夫光学成像仿真平台进行测试与分析。结果表明,本文基于GAMOS的切伦科夫光学成像仿真平台很好地仿真了采用CCD相机进行切伦科夫光学成像的实现过程。

关键词：切伦科夫光学成像光学成像仿真 GAMOS 镜头畸变

接近段目标双目视觉测量中的精度分析与像机标定方法研究

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接近段目标双目视觉测量中的精度分析与像机标定方法研究

作者：周致远国防科学技术大学

学位级别：硕士

接近段目标从远距离不断靠近测量设备，导致传统的视觉测量系统很难满足接近段目标近、中、远场通场测量的要求。因此，研究既能覆盖接近段目标整个运动区域，又能保证目标通常测量精度的视觉测量系统，对高精度地获取接近段目标(如交... 详细信息

接近段目标从远距离不断靠近测量设备，导致传统的视觉测量系统很难满足接近段目标近、中、远场通场测量的要求。因此，研究既能覆盖接近段目标整个运动区域，又能保证目标通常测量精度的视觉测量系统，对高精度地获取接近段目标(如交会对接的空间飞行器、准备着陆的无人机等)的位姿参数，为目标提供可靠的状态信息具有重要的意义。本文首先针对接近段目标的特点，在传统双目视觉测量系统基础上，设计了能满足接近段目标通场测量要求，由多像机组成的双目视觉接力测量系统。以像机不同参数误差为误差源，对接力测量系统在不同测量场中的测量精度进行了理论和仿真分析。然后从像机内参数角度，更深入地分析了内参数对于不同测量场测量精度的影响。建立了带畸变的中心投影模型，在此基础上，通过理论推导、数值仿真和实物试验提出了焦距模型误差的概念，并对焦距模型误差对测量精度的影响进行了定量分析。提出了引入焦距信息的镜头畸变标定方法，以减小焦距模型误差对测量精度的影响，并通过理论推导和数值仿真，比较了该方法相对于传统“两步法”在畸变标定上的优势。鉴于接力测量系统的指向误差传递系数在远场急剧增大的特点，为了保证远场像机指向的精度，本文最后提出了基于固定光心位置和两个控制点的像机指向L-M优化求解的方法。该方法所用控制点非常少，适用于用远距离少量控制点对像机指向进行高精度的标定，最后通过数值仿真验证了方法的正确性和鲁棒性。

关键词：接近段目标双目视觉测量焦距模型镜头畸变像机标定重投影残差

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微尺度数字图像相关方法和技术研究

微尺度数字图像相关方法和技术研究

作者：何广龙江苏大学

学位级别：硕士

在现代光力学测量中,数字图像相关法具有适用范围广、对实验条件要求低、非接触、精度高等优点,是一种简单、实用、有效的全场位移与应变测量方法,被广泛应用到实验力学及其他学科领域。随着现代微加工技术的不断发展,材料和器件越来越... 详细信息

在现代光力学测量中,数字图像相关法具有适用范围广、对实验条件要求低、非接触、精度高等优点,是一种简单、实用、有效的全场位移与应变测量方法,被广泛应用到实验力学及其他学科领域。随着现代微加工技术的不断发展,材料和器件越来越向微小型化发展,迫切的需要发展微观尺度数字图像相关方法和技术。散斑作为数字图像相关中的变形传感元件反映材料或结构的变形,其质量的好坏将直接影响光学测量结果的准确性,因此制备高质量的散斑在光学测量中起着十分重要的作用。其次,借助显微镜平台,数字图像相关法可以实现微尺度下的变形测量,但是必须研究显微镜镜头失真导致图像畸变问题,否则将会对测试结果带来较大的误差。针对这两个问题,本文主要开展的研究工作有1)针对高倍显微镜下的镜头畸变影响,采用一阶畸变函数和三阶畸变函数对畸变图像校准,通过微散斑图和正交光栅模板做刚体平移实验,建立相应的畸变模型,并确定畸变系数。结果表明,一阶函数矫正后误差降低56.3%,三阶矫正后误差降低81.3%,相对误差降低了25%,三阶畸变函数能够有效地实现高倍显微镜下镜头畸变的矫正。2)发展了一种基于离心甩胶技术的微散斑制作方法。用散斑的平均灰度梯度和团聚率作为散斑质量的评价方法,研究了温度、离心速度、固化时间等参数对散斑图的影响,找到了最优的微散斑制作工艺参数,实现了微散斑膜的制备,并且可以方便地将散斑膜转移到试件表面。该方法的优点是可以制作大面积散斑、散斑颗粒大小和分布可控、对试件表面适应性好、工艺简单、花费低、易操作。3)对微尺度数字图像相关方法和技术进行了验证实验研究和应用研究。经过微尺度平移对比实验,结果表明微散斑的测量误差为1.5%。通过拉伸实验测量铝试件的弹性模量,验证了微尺度数字图像相关方法有效性和可靠性。将微散斑应用于带有微小缺口的亚克力板表面和涂层界面(涂层600μm厚),成功地获得了小于2mm视场范围内的裂纹尖端应变场,可用于材料与结构的力学性能表征。

关键词：数字图像相关镜头畸变散斑图微尺度变形测量