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基于单目视觉及线激光的非规则小尺寸物体三维重构

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计算机测量与控制 2025年

作者：李奎陈华王婷婷刘波河海大学机电工程学院河海大学数学学院

针对非规则小尺寸物体三维重构的问题，提出了一种基于单目视觉和旋转线激光的三维重构方法。采用张正友标定法求解相机内外参数完成相机标定，利用整体最小二乘法拟合得到线激光平面在相机坐标系中的平面方程完成光平面标定，基于加权... 详细信息

针对非规则小尺寸物体三维重构的问题，提出了一种基于单目视觉和旋转线激光的三维重构方法。采用张正友标定法求解相机内外参数完成相机标定，利用整体最小二乘法拟合得到线激光平面在相机坐标系中的平面方程完成光平面标定，基于加权最小二乘法求解物体旋转时的旋转轴方程实现旋转轴标定；利用单目相机对旋转物体上的线激光图像进行采样，采用高斯滤波和重心法得到激光线条的中心线坐标，根据系统标定结果计算得到物体的三维点云；通过下采样和混合采样算法对三维点云进行数据量精简和平滑滤波处理，并基于Delaunary生长算法将点云曲面化以实现物体的三维重构；以一款镜头为实验对象进行了三维重构实验，对得到的三维重构模型进行了半径尺寸测量。结果表明：重构模型的外圈轮廓半径平均误差小于0.5mm，最大误差小于1mm，标准差小于0.7mm，验证了本文提出的方法在保证一定精度的条件下对物体三维重构的可行性和通用性。

关键词：三维重构单目视觉线激光非规则小尺寸

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单目视觉的同时三维场景构建和定位算法

光学学报 2008年第5期28卷 907-914页

作者：沈晔湖刘济林杜歆浙江大学信息与电子工程学系浙江杭州310027

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分。针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法。提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征... 详细信息

同时场景构建和定位算法是机器人自主导航的重要组成部分。针对传统算法不能应用于室外环境和缺乏定量分析的缺点,提出了一种单摄像机恢复场景三维结构和摄像机位姿的新算法。提出了视频序列关键帧提取方法,降低了运算复杂度;利用特征点对和摄像机内参量计算场景三维结构和关键帧的位姿并提出一种估计关键帧位姿的简便方法;最后,提出一种兼顾优化效果和运算复杂度的自适应光束法平差算法优化场景结构和摄像机位姿,并生成适于机器人导航的数字高程图。室内和室外多种场景下的定量和定性实验结果表明,绕行误差低于4%,该算法能够接近实时准确实现同时场景构建和摄像机定位。

关键词：光学测量同时场景构建和定位自适应光束法平差单目视觉

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单目视觉与倾角仪组合优化的位姿测量系统

光学学报 2016年第12期36卷 183-190页

作者：何斐彦林嘉睿高扬任永杰邾继贵天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了提高单目视觉实时测量双护盾隧道掘进机前后盾相对位姿的精度,引入高精度倾角传感器与单目视觉构成一种组合测量系统。该系统将两个倾角传感器分别与视觉传感器和特征点系统固定连接,通过倾角传感器提供的多个角度约束,结合单目视... 详细信息

为了提高单目视觉实时测量双护盾隧道掘进机前后盾相对位姿的精度,引入高精度倾角传感器与单目视觉构成一种组合测量系统。该系统将两个倾角传感器分别与视觉传感器和特征点系统固定连接,通过倾角传感器提供的多个角度约束,结合单目视觉实现掘进机前盾体相对于后盾体位姿的更高精度测量。仿真实验表明该系统是可行的,并且具有理想的精度。搭建了模拟双护盾隧道掘进机位姿变化的实验平台,利用全站仪进行精度验证。结果表明系统的测量精度优于3mm,相对于单目视觉测量方法来说,测量精度有了显著提升,可以满足隧道施工中双护盾隧道掘进机位姿的精密测量需求。

关键词：机器视觉位姿测量单目视觉倾角传感器双护盾隧道掘进机

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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

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单目视觉中基于IEKF,DD1及DD2滤波器的位姿和运动估计(英文)

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控制理论与应用 2005年第1期22卷 35-42页

作者：伍雪冬王耀南李灿飞湖南大学电气与信息工程学院

用单摄像机所获取的二维(2D)图像来估计两坐标之间的相对位姿和运动在实际应用中是可取的,其难点是从物体的三维(3D)特征投影到2D图像特征的过程是一个非线性变换,把基于单目视觉的位姿和运动估计系统定义为一个非线性随机模型,分别以... 详细信息

用单摄像机所获取的二维(2D)图像来估计两坐标之间的相对位姿和运动在实际应用中是可取的,其难点是从物体的三维(3D)特征投影到2D图像特征的过程是一个非线性变换,把基于单目视觉的位姿和运动估计系统定义为一个非线性随机模型,分别以迭代扩展卡尔曼滤波器(IEKF)、一阶斯梯林插值滤波器(DD1)和二阶斯梯林插值滤波器(DD2)作非线性状态估计器来估计位姿和运动.为了验证每种估计器的相对优点,用文中所提方法对每种估计器都作了仿真实验,实验结果表明DD1和DD2滤波器的特性要比IEKF好.

关键词：线特征八元数单目视觉迭代扩展卡尔曼滤波器(衄烀) 一阶斯梯林插值滤波器(DD1) 二阶斯梯林插值滤波器(DD2) 位姿估计运动估计

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单目视觉伺服研究综述

自动化学报 2018年第10期44卷 1729-1746页

作者：徐德中国科学院自动化研究所精密感知与控制研究中心北京100190 中国科学院大学人工智能学院北京101408

视觉伺服是机器人视觉领域的研究热点之一,具有十分广泛的应用前景.本文针对单目视觉系统,从视觉伺服的运动映射关系、误差表征、控制律设计、关键影响因素等多个层面,对视觉伺服的研究现状进行了论述,并分析了不同视觉伺服方法的特点,... 详细信息

视觉伺服是机器人视觉领域的研究热点之一,具有十分广泛的应用前景.本文针对单目视觉系统,从视觉伺服的运动映射关系、误差表征、控制律设计、关键影响因素等多个层面,对视觉伺服的研究现状进行了论述,并分析了不同视觉伺服方法的特点,给出了视觉伺服在不同领域的典型应用.最后,指出了视觉伺服未来的主要发展方向.

关键词：交互矩阵单应性矩阵极线几何特征选择控制律设计单目视觉视觉伺服

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单目视觉Tukey权因子模型室内位置测量

遥感学报 2020年第1期24卷 76-84页

作者：刘飞张继贤王坚张欣欣丁晓波中国矿业大学徐州221116 航空遥感技术国家测绘地理信息局重点实验室北京100039 国家测绘产品质量检验测试中心北京100830 北京建筑大学北京102616 河南理工大学焦作454000

面向室内导航和定位的需求,本文提出了一种基于编码图形和单目视觉传感器相结合的室内移动载体位置测量方法。首先,优化设计了一系列用于移动载体空间位置计算的编码影像,利用轮廓匹配、矩计算和映射匹配相结合的方式实现空编图形的识... 详细信息

面向室内导航和定位的需求,本文提出了一种基于编码图形和单目视觉传感器相结合的室内移动载体位置测量方法。首先,优化设计了一系列用于移动载体空间位置计算的编码影像,利用轮廓匹配、矩计算和映射匹配相结合的方式实现空编图形的识别与定位。其次,针对编码图形中心像方坐标观测值提取残差,构建了基于单位权和Tukey权因子模型的空间后方交会方法,基于两种权重因子分别计算了移动载体的观测值残差权重,分析了不同残差的观测值对结果的影响程度。然后,构建了4组实验环境,从不同角度获取了观测影像,并进行了数据处理与分析。最后,通过实验验证,表明基于2种权因子模型的方法均能够实现载体位置的计算,但基于Tukey权因子方法具有更高的精度,平面精度提高了29.76%—49.42%,高程精度提高了29.17%—74.07%。本文方法能够为室内空间移动载体提供高精度的导航和定位测量服务。

关键词：室内定位编码图形单目视觉 tukey权重抗差模型

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单目视觉目标观瞄光点实时定位方法

红外与激光工程 2014年第6期43卷 2046-2050页

作者：田宁孙军华刘震北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室北京100191

针对目标跟踪仿真系统中观瞄光点在数字仿真图像中的实时定位问题,提出一种基于单目视觉的光点实时定位方法。首先,采用卡尔曼滤波的方法对光斑在采集图像中的粗略位置进行预测;然后,在以此粗略位置为中心的光斑区域内采用基于Hessian... 详细信息

针对目标跟踪仿真系统中观瞄光点在数字仿真图像中的实时定位问题,提出一种基于单目视觉的光点实时定位方法。首先,采用卡尔曼滤波的方法对光斑在采集图像中的粗略位置进行预测;然后,在以此粗略位置为中心的光斑区域内采用基于Hessian矩阵的方法对光斑中心坐标精确提取;最后,在建立有摄像机像平面上点到数字仿真图像上对应点的定位模型基础上,由提取的光斑中心坐标经定位模型求解实现光点定位。实验结果表明:该方法对光点定位的误差为0.4 pixel,且每帧图像的光点定位时间为0.32 ms。该方法可实现目标跟踪仿真系统光点的高动态、高精度实时定位。

关键词：光点定位单目视觉卡尔曼滤波实时

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单目视觉位姿测量方法及数字仿真

天津大学学报 2011年第5期44卷 440-444页

作者：张子淼王鹏孙长库天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

对基于点特征的单目视觉定位算法进行研究,提出了一种基于5点透视投影数学模型的单目视觉位姿测量算法,该算法使用不共面定位特征点,根据5个特征点在摄像机坐标系与世界坐标系下相对位置关系相同来计算5个特征点在摄像机坐标系下的坐标... 详细信息

对基于点特征的单目视觉定位算法进行研究,提出了一种基于5点透视投影数学模型的单目视觉位姿测量算法,该算法使用不共面定位特征点,根据5个特征点在摄像机坐标系与世界坐标系下相对位置关系相同来计算5个特征点在摄像机坐标系下的坐标,进而求出物体的转动角度.同时还构建了一套基于OpenGL图形引擎的数字仿真系统,完成了物体位姿的仿真计算,实现对算法定位精度的评价,仿真实验结果表明,在理想状况下,该算法的定位精度达到了±0.01°,为单目视觉物体位姿测量提供了一种具有较高精度的方法.

关键词：单目视觉物体位姿五点透视数字仿真