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高精度视觉三维测量中双目相机标定及多视拼接技术研究

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高精度视觉三维测量中双目相机标定及多视拼接技术研究

作者：杨昭辉合肥工业大学

学位级别：硕士

针对在测量背景复杂,且双目相机公共视场范围无法完全覆盖被测物体的情况下,本文提出基于编码立体靶标的双目相机标定和基于编码单元的多视拼接技术。本文的主要研究内容如下:(1)提出一种基于新型编码立体靶标并结合高精度参数优化的双... 详细信息

针对在测量背景复杂,且双目相机公共视场范围无法完全覆盖被测物体的情况下,本文提出基于编码立体靶标的双目相机标定和基于编码单元的多视拼接技术。本文的主要研究内容如下:(1)提出一种基于新型编码立体靶标并结合高精度参数优化的双目相机标定方法。新型编码立体靶标通过整合四个空间姿态不同的编码平面靶标,只需拍摄一次即可完成双目相机标定,有效提高了标定的效率;每个编码平面靶标内设置多个编码单元,在采集到局部靶标图像时仍能获得高精度标定结果;采用高精度参数优化方法,建立包含重投影约束、标准长度约束和共面约束的目标函数,有效提高了双目相机标定精度。实验结果表明:相比于张氏标定方法,本文所提标定方法获得的左右相机重投影误差分别降低了55.42%和57.22%,标准长度误差降低了41.28%,共面误差降低了63.04%。(2)提出一种基于新型编码单元的多视拼接算法。首先,针对复杂测量背景下待测物体测量难度大、误差大的问题,使用YOLOv4目标检测算法快速去除复杂测量背景;其次,通过计算左右图像的单应性矩阵,并结合极线约束完成立体匹配,解决了仅根据极线约束无法找到精确匹配点的问题;最后,针对传统的标志点已出现误匹配的情况,本文提出含有编码信息的编码单元,以此完成多个视角的拼接测量。(3)建立基于双目视觉的多视拼接测量系统,并对标准量块和阶梯轴零件进行了多视拼接测量实验。实验结果表明:采用本文所提的多视拼接方法得到的测量误差均小于0.08mm,满足高精度测量要求。

关键词：双目相机标定编码立体靶标编码单元多视拼接

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基于方向性靶标和多约束优化的双目相机标定

光学学报 2022年第8期42卷 187-198页

作者：杨霈殷玉龙卢荣胜朱华炳合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

提出了一种基于方向性靶标和多约束优化的双目相机标定方法。新型方向性平面靶标能够判断靶标的旋转方向,并对每个标定角点进行编码,以保证双目相机在拍摄到局部靶标的情况下依然能够完成同名点匹配,进而完成双目相机标定。根据方向性... 详细信息

提出了一种基于方向性靶标和多约束优化的双目相机标定方法。新型方向性平面靶标能够判断靶标的旋转方向,并对每个标定角点进行编码,以保证双目相机在拍摄到局部靶标的情况下依然能够完成同名点匹配,进而完成双目相机标定。根据方向性靶标建立双目相机标定模型,引入用于描述平面靶标姿态的天顶角和方位角,通过天顶角和方位角筛选出在不同位置上的靶标姿态均具有明显差异的图像作为标定图像,这提高了双目标定结果的稳定性;结合靶标的三维几何信息,建立了多维度约束的双目参数优化模型,提高了双目标定结果的精度。实验结果表明,与传统的张氏标定方法相比,所提出的标定方法能够有效提高所获得的标定结果的稳定性和精度;通过对标准量块进行多次测量,进一步验证了所提方法的有效性。

关键词：机器视觉双目相机标定方向性平面靶标平面靶标姿态多约束优化

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基于编码立体靶标的高精度双目相机标定

中国激光 2023年第6期50卷 57-65页

作者：杨昭辉朱华炳殷玉龙杨霈合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

为提高双目相机标定的精度和效率,本文提出了一种基于新型编码立体靶标并结合高精度参数优化的双目相机标定方法。新型编码立体靶标通过整合4个空间姿态不同的编码平面靶标,只需拍摄一次即可完成双目相机标定,有效提高了标定效率;每个... 详细信息

为提高双目相机标定的精度和效率,本文提出了一种基于新型编码立体靶标并结合高精度参数优化的双目相机标定方法。新型编码立体靶标通过整合4个空间姿态不同的编码平面靶标,只需拍摄一次即可完成双目相机标定,有效提高了标定效率;每个编码平面靶标内设置多个编码单元,在采集到局部靶标图像时仍能获得高精度标定结果;采用高精度参数优化方法,建立包含重投影约束、标准长度约束和共面约束的目标函数,有效提高了双目相机的标定精度。实验结果表明:相比于张氏标定方法,本文所提标定方法获得的左右相机平均绝对重投影误差分别降低了55.42%和57.22%,平均绝对标准长度误差降低了41.28%,平均绝对共面误差降低了63.04%。通过多次测量不同规格的标准量块,进一步验证了本文所提标定方法的可行性和有效性。

关键词：测量双目相机标定编码立体靶标编码标志高精度参数优化

基于神经网络的虚拟靶标大视场双目相机标定技术

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光学技术 2017年第4期43卷 314-318页

作者：刘小娟李学军王文韫伍济钢湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201

针对大视场双目相机标定中的精度低和非线性畸变问题,提出了一种结合BP神经网络的大尺寸虚拟靶标标定技术。鉴于单角点棋盘格具有易制作、高精度的特性,构建大尺寸虚拟靶标;利用神经网络的非线性映射能力直接建立角点的像素坐标和世界... 详细信息

针对大视场双目相机标定中的精度低和非线性畸变问题,提出了一种结合BP神经网络的大尺寸虚拟靶标标定技术。鉴于单角点棋盘格具有易制作、高精度的特性,构建大尺寸虚拟靶标;利用神经网络的非线性映射能力直接建立角点的像素坐标和世界坐标映射关系;用建立的映射网络对测试样本进行三维重建,并与传统的线性标定方法进行对比实验。结果表明,该方法操作简单,且重建距离相对误差为0.92%,优于传统的线性标定方法,可用于大视场双目相机标定。

关键词：大视场神经网络双目相机标定虚拟靶标

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行星探测器导航相机着陆后参数标定方法

测绘学报 2022年第3期51卷 437-445页

作者：鄢咏折彭松马友青张烁亓晨温博李昊贾阳刘少创中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国科学院大学北京100049 北京空间飞行器总体设计部北京100094 武汉大学测绘学院武汉430072

巡视器导航相机在发射前已完成标定,但在飞抵行星表面开展工作前需经过长时间飞行,其间受到的外力可能导致相机参数发生变化,所以在着陆后需要对导航双目相机重新标定。本文首先介绍了以太阳能电池板为标定板,然后通过Hough变换、聚类... 详细信息

巡视器导航相机在发射前已完成标定,但在飞抵行星表面开展工作前需经过长时间飞行,其间受到的外力可能导致相机参数发生变化,所以在着陆后需要对导航双目相机重新标定。本文首先介绍了以太阳能电池板为标定板,然后通过Hough变换、聚类思想和最小二乘直线拟合法提取出电池板格网线,根据直线参数重新标定导航双目相机外参的标定方法,最后进行了两项试验。试验1以嫦娥4号影像进行格网线提取试验,并与传统的Hough变换直线提取结果进行比较,本文提取方法更准确;试验2以模拟直线参数进行双目相机外参标定试验,结果说明解算精度较高,方法可行有效。但该相机标定方法将相机内参作为已知值,并单独解算左、右相机外参,下一步将继续研究相机内、外参同时标定的方法和双目相机一步标定的方法。

关键词：双目相机标定 Hough变换聚类最小二乘直线拟合

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基于双目相机的公交乘客计数系统研究

基于双目相机的公交乘客计数系统研究

作者：庞凤兰长安大学

学位级别：硕士

公交客流计数与分析作为公交系统的基础数据,其精确性对系统的效率与管理部门的有效决策具有重要影响,因此研究公交乘客计数系统具有重要的应用价值和经济效益。公交车乘客人数统计方法大多是基于单目相机或红外线传感器的。公交车场景... 详细信息

公交客流计数与分析作为公交系统的基础数据,其精确性对系统的效率与管理部门的有效决策具有重要影响,因此研究公交乘客计数系统具有重要的应用价值和经济效益。公交车乘客人数统计方法大多是基于单目相机或红外线传感器的。公交车场景中各种干扰因素的影响,使得现有检测方法检测精度并不理想。双目相机能够得到场景三维信息,不受光照影响且安装维护成本低,能够有效的减少遮挡、粘连、伪目标等因素对检测精度的影响,因此基于双目相机进行公交乘客计数系统的研究有着重要的意义。本文针对Census立体匹配算法中存在的问题,提出了一种改进的Census立体匹配算法,该算法与原先算法相比能够得到更完整和稠密的深度图。同时,本文设计了两种深度图填充算法对无效匹配点进行填充。最终选取多特征融合填充算法,有效填充了深度图在低纹理及不连续区域存在的无效匹配点。基于填充后深度图,本文通过建立世界坐标系,利用灭点标定将深度图转换为世界坐标系下的俯视投影图。采用搜索局部深度最大算法进行目标初步锁定,提取人头目标特征并利用提取的特征剔除部分伪目标,设计了一种人头锁定的稳健算法。在提取的人头目标特征基础上建立特征样本库,本文通过在样本内进行训练和测试,选定恰当的核函数及相应的参数构建SVM分类器,采用决策函数进行人头目标检测识别。利用Kalman滤波器预测进行粗定位,以粗定位位置为中心,在规定较小匹配窗口内采用块匹配法进行全搜索,实现对人头目标的跟踪。最终通过上下车计数检测线进行乘客人数统计。设计了一种高精度、高效率的乘客人数统计算法,搭建了一个针对智能公交的乘客人数统计系统。在真实的公交车场景中试验结果表明本研究的算法能达到90%以上的计数精度,整体性能优于单目人数统计,能够满足实际应用需求。

关键词：公交客流计数目标检测双目相机标定立体匹配深度图填充 SVM分类器轨迹跟踪

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改进遗传模拟退火神经网络的双相机标定算法

国外电子测量技术 2023年第5期42卷 21-26页

作者：安海琳刘吉牛天利武锦辉刘贵香于丽霞中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051

针对双目相机标定算法中BP神经网络精度低、收敛性差的问题,提出了一种基于改进遗传模拟退火算法的BP神经网络优化方法(improved genetic simulated annealing algorithm-BP,IGSAA-BP)。该方法通过改进遗传模拟退火算法的适应度扩展,交... 详细信息

针对双目相机标定算法中BP神经网络精度低、收敛性差的问题,提出了一种基于改进遗传模拟退火算法的BP神经网络优化方法(improved genetic simulated annealing algorithm-BP,IGSAA-BP)。该方法通过改进遗传模拟退火算法的适应度扩展,交叉、变异概率和退火准则来改善BP神经网络的性能,为BP神经网络提供了最优权值和阈值。将IGSAA-BP神经网络与BP神经网络和TGSAA-BP神经网络两种相机标定算法进行对比,利用其标定的真实值与预测值相差结果得出结论,3种标定方法进行相机标定的平均标定精度分别为0.02、0.71和0.28 mm。结果表明,IGSAA-BP神经网络可以提高双目相机的标定精度,提高全局寻优能力,加快收敛速度。

关键词：双目视觉双目相机标定 BP神经网络改进遗传模拟退火算法退火准则

基于多传感器信息融合的果实体尺参数测量方法

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基于多传感器信息融合的果实体尺参数测量方法

作者：陈炳舟塔里木大学

学位级别：硕士

果实分级技术对实现农业产品的工业化,使果品成为标准化商品具有重要作用。果实的体尺参数是果实分级的重要依据。传统的人工分级方法存在效率低、一致性差且不可量化等问题。针对上述不足,研究了融合多传感器快速获取果实体尺参数的方... 详细信息

果实分级技术对实现农业产品的工业化,使果品成为标准化商品具有重要作用。果实的体尺参数是果实分级的重要依据。传统的人工分级方法存在效率低、一致性差且不可量化等问题。针对上述不足,研究了融合多传感器快速获取果实体尺参数的方法,给予果实分级客观、稳定的参考。主要研究如下:(1)受双目镜头畸变的影响,被测物图像存在畸变现象;因此,分析双目相机的几何模型、测量原理、立体匹配原理后,采用张正友标定法对双目相机进行标定,通过MATLAB的双目标定工具箱完成标定实验;针对被测物图像畸变利用标定参数进行立体校正。(2)基于SGM算法对柚子、哈密瓜进行立体匹配,分析不同参数设置对匹配结果的影响;立体匹配结果经三维重建后形成稠密点云,通过点云数据计算被测物体积,为使体积计算结果精确,对三维重建后的点云进行空间变换、去噪、分割被测物、空间位置校正等处理。(3)分析了超声波传感器测距原理,构建超声波传感器阵列,并对其标定。介绍了超声波传感器测量数据转换为三维坐标的方法,并计算被测物的体尺参数。通过对平面、曲面、球面及柚子的实验,验证了该方法的可行性。(4)将双目相机与超声波传感器阵列测量数据融合,介绍了融合方法。对之前测量过的柚子进行对比测量实验,实验结果显示数据融合后计算出的柚子体积更接近真实值。实验结果表明多传感器数据融合的测量方法准确性高,为果实的分级提供了可靠参考;在实际生产中,为果实装箱提供测量方法支持。

关键词：双目立体视觉超声波传感器阵列多传感器融合点云双目相机标定超声波阵列标定

定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量技术研究

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定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量技术研究

作者：杨霈合肥工业大学

学位级别：硕士

本文提出了定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量技术。所述三维测量系统由双目视觉线激光扫描系统和定位跟踪双目视觉系统组成。双目视觉的标定精度直接决定了三维测量精度,本文提出了基于编码平面靶标的双目相机标定方法,以实现高精... 详细信息

本文提出了定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量技术。所述三维测量系统由双目视觉线激光扫描系统和定位跟踪双目视觉系统组成。双目视觉的标定精度直接决定了三维测量精度,本文提出了基于编码平面靶标的双目相机标定方法,以实现高精度且稳定的双目视觉标定,并分别在扫描仪系统和定位跟踪系统中获得精确的双目相机内外参数。此外,为实现线激光的三维重建,本文研究了线激光图像中激光条纹的提取和细化算法,并通过极线匹配算法实现左、右图像中线激光的立体匹配,进而利用三角测量原理重建出线激光的三维坐标。最后,本文研究了定位跟踪式点云拼接方法,在线激光扫描被测物时,定位跟踪双目相机实时定位粘贴在扫描仪上的编码标志,并以所述标志为中介,将重建后的线激光三维坐标集合统一变换到定位跟踪双目相机的参考坐标系下,以实现点云拼接,进而完成被测物三维信息的重建。本文搭建了一套定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量系统,并利用C++以及Open CV、Boost、Cminpack等开源库实现了三维测量程序的开发。双目相机标定验证实验表明,与广泛应用的张氏标定方法相比,本文标定方法获得的双目相机参数更加稳定,且标定精度得到了大幅提升。在三维测量实验中,重建后的标准块的平面误差为0.08mm左右,垂直误差为0.15°左右,能够满足实际工程应用的需求;最后,本文利用自研的定位跟踪式双目视觉线激光扫描三维测量系统对减速器端盖进行了三维重建实验。

关键词：线激光扫描三维测量双目相机标定线激光三维重建点云拼接