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基于双目立体视觉的输送带表面损伤定量分析方法研究

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基于双目立体视觉的输送带表面损伤定量分析方法研究

作者：王卫红天津工业大学

学位级别：硕士

带式输送机具有运输能力强、运输距离远、运输效率高、运行平稳等特点,为三大主力工业运输工具之一,已广泛应用于煤炭、矿山、化工等工业领域。输送带作为带式输送机的关键性部件,它的正常使用关系着整个输送体系的安全。但是输送带运... 详细信息

带式输送机具有运输能力强、运输距离远、运输效率高、运行平稳等特点,为三大主力工业运输工具之一,已广泛应用于煤炭、矿山、化工等工业领域。输送带作为带式输送机的关键性部件,它的正常使用关系着整个输送体系的安全。但是输送带运输物料的过程中,会有废钢铁、煤矸石等造成输送带产生表面损伤,及时对输送带表面损伤进行检测,针对不同程度的表面损伤可以采取不同的补救措施。损伤严重时,输送带需要立刻停机检修,损伤程度较轻时,到检修时间重点修补损伤部位,如此能够避免带式输送机过早、频繁地更换输送带。对输送带的表面损伤进行定量分析,判断其损伤程度,并对损伤进行分类,为工作人员检修提供依据,提高工作效率。针对输送带表面损伤的定量分析问题,研究了双目立体视觉原理、相机标定、图像预处理、立体匹配算法、三角测量原理等技术,提出了一种基于双目立体视觉的输送带表面损伤定量分析方法,实现了对输送带表面损伤程度的定量分析。研究立体匹配算法,提出了一种改进的立体匹配算法(CG-sgm算法),对输送带表面损伤图像进行立体匹配,从视差图中可以看出损伤信息基本保留下来,损伤边缘保持较优,抗噪能力较强;通过CG-sgm算法与传统的Census代价、梯度代价对标准图像进行实验对比,CG-sgm算法的视差图效果更优,平均误匹配率较Census代价降低了5.26%,较梯度代价降低了3.92%,适合输送带图像应用场景。根据立体匹配所得视差值和三角测量原理获取目标点的三维空间信息,通过数学计算模型对损伤程度进行定量分析。通过仿真实验,输送带表面损伤长度的平均误差为5.1%,损伤宽度的平均误差为7.1%,损伤深度的平均误差为8.5%,误差均在可接受范围内。研究输送带运行特点,提出一种基于周期循环的输送带表面损伤定位方法,该方法利用输送带运行规律和周期时间,在停机时刻,根据双目相机所对应的输送带停机处位置,计算表面损伤与停机位置间的距离。通过对实验平台的输送带表面损伤进行定位实验,实验结果表明该方法能够准确地对输送带表面损伤进行定位。本文针对输送带表面损伤的定量分析问题和定位问题,分别提出了适合本课题的研究方法,解决了输送带表面损伤定量分析问题和定位难的问题。

关键词：定量分析双目立体视觉相机标定 Census变换 sgm算法三角测量原理

基于控制点约束影像的密集匹配及其在考古发掘中的应用

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武汉大学学报（信息科学版） 2015年第12期40卷 1575-1581页

作者：张春森吕佩育郭丙轩西安科技大学测绘科学与技术学院陕西西安710054 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

针对大场景考古挖掘现场的三维重建情况,选取半全局匹配策略作为研究基础,设计了一种基于附加控制点约束的半全局匹配算法进行序列影像密集匹配。将稀疏匹配中的特征提取和匹配技术用于提取初始特征,并由这些初始特征转化的同名特征点,... 详细信息

针对大场景考古挖掘现场的三维重建情况,选取半全局匹配策略作为研究基础,设计了一种基于附加控制点约束的半全局匹配算法进行序列影像密集匹配。将稀疏匹配中的特征提取和匹配技术用于提取初始特征,并由这些初始特征转化的同名特征点,生成视差空间影像中的视差控制点,以此作为一种可靠的约束,提高其密集匹配的精度。同时,采用影像分块的策略,将原始大核线影像分成若干对小核线影像,进行密集匹配,以达到提高计算效率,改善计算结果的目的。实验证明,该方法可实现大面积考古挖掘现场的快速三维重建,并且能够在进行文物形态三维重建的同时获取挖掘现场文物分布的正射影像平面图,为准确记录挖掘现场文物分布位置及考古发掘、调查及遗址保护规划编制等提供科学依据。

关键词：影像匹配 sgm算法三维重建文物考古

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基于改进sgm的工件高度定位研究

青岛大学学报（工程技术版） 2023年第3期38卷 1-8页

作者：李哲于海生杨晓宇张鹏鑫青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对工业环境中光照条件不稳定、图像纹理信息缺乏等因素导致目标视差图获取困难的问题,提出一种基于改进半全局立体匹配(semi-global matching,sgm)算法的工件高度定位方法。采用Census变换窗口内像素的平均值代替原变换的中心像素值,... 详细信息

针对工业环境中光照条件不稳定、图像纹理信息缺乏等因素导致目标视差图获取困难的问题,提出一种基于改进半全局立体匹配(semi-global matching,sgm)算法的工件高度定位方法。采用Census变换窗口内像素的平均值代替原变换的中心像素值,使算法对噪声更具鲁棒性,减少了原算法对中心像素的依赖。引入Sobel算子对图像边缘进行检测,依据左右视图的梯度差值划分像素点类别,对路径聚合中的惩罚系数进行自适应调整,通过后续优化处理,得到了最终视差图。为验证本文所述工件高度定位系统的可行性和有效性,搭建机器人实验平台,对所提算法进行实验验证。实验结果表明,本文的改进算法与传统sgm算法相比,误匹配率下降约为8.76%,匹配精确度显著提高,工件高度的平均定位误差约为0.708 mm,满足系统抓取要求。该研究为机械臂精确定位工件高度提供了思路。

关键词：双目视觉 sgm算法 Census变换自适应系数高度定位

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基于嵌入式GPU的自由视点视频深度图像生成软件设计

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基于嵌入式GPU的自由视点视频深度图像生成软件设计

作者：金加栋浙江工业大学

学位级别：硕士

随着计算机视觉和数字多媒体技术的不断发展,人们对于视频交互性以及感官体验不断提出更高的要求。由于自由视点视频允许用户在一定范围内自由地切换视角,所以用户可以有选择性地观看其感兴趣的视频内容,从而获得良好的互动感和沉浸感... 详细信息

随着计算机视觉和数字多媒体技术的不断发展,人们对于视频交互性以及感官体验不断提出更高的要求。由于自由视点视频允许用户在一定范围内自由地切换视角,所以用户可以有选择性地观看其感兴趣的视频内容,从而获得良好的互动感和沉浸感。自由视点视频是三维视频领域的一个重要研究方向,其中提高生成的深度图质量并兼顾立体匹配算法的处理速度是目前需要解决的主要难点。本论文设计并实现了一款基于嵌入式GPU的自由视点视频深度图像生成软件,具有良好的实际应用价值。论文的主要内容如下:(1)软件总体设计。分析深度图生成软件的功能和性能需求,选择NVIDIAJetsonTX2作为硬件开发平台;结合JetsonTX2平台特点设计软件总体框架,主要包括视频采集、深度图生成、视频编码传输三大模块,阐述各模块软件设计思路;最后搭建软硬件开发环境。(2)视频采集模块设计。首先从Jetson TX2的外设接口出发,根据自由视点视频功能需求,使用左、中、右三个平行排列的USB相机进行视频采集,左相机和中相机、中相机和右相机组成两个相机对;接着利用张正友标定法,对每个相机对采集的视频帧进行标定和畸变校正,得到相机内外参数和畸变系数;最后根据标定得到的相机外参,对每个相机对采集的视频帧进行Bouguet极线校正,使得每个相机对的视频帧呈极线对齐。(3)深度图生成模块设计。采用sgm算法来生成深度图,以兼顾局部立体匹配算法速度快和全局立体匹配算法生成深度图精度高的优点。在匹配代价计算阶段,先利用中心对称的Census变换来描述每个像素点的特征,再使用汉明距离来计算匹配代价。在代价聚合和视差计算阶段,对每个像素点采用从上往下、从下往上、从左往右、从右往左、从左下往右上、从左上往右下、从右下往左上、从右上往左下等8个方向进行扫描线优化,从而计算出视差。在视差后处理阶段,利用中值滤波来处理噪声,提高深度图像质量。针对遮挡和视差不连续产生的空洞,设计了水平插值的深度图像优化方案。由于采用了类似全局匹配算法的代价聚合策略,所以sgm算法速度较慢。因此根据sgm算法的三个阶段的特点,设计各个阶段的CUDA加速方案,最终算法整体实现了 4倍加速。(4)视频编码传输模块设计。针对立体校正后彩色视频的特点,以插件的形式设计编码管道,实现彩色视频的GStreamer编码。基于深度图像的特点,提出深度图像的ROI编码方法。采用V4L2视频编码框架,实现深度视频ROI编码。利用多线程实现多路视频编码,不同线程间互不影响。码流可以进行本地存储,也可以进行远程传输。基于TCP网络通信架构,设计多路视频码流传输协议,利用Socket编程接口实现多路视频码流传输。采用多线程传输多路视频码流,通过信号量实现线程间通信,确保每一时刻只传输一路码流。

关键词： JetsonTX2 sgm算法 CUDA 视频编码视频传输

基于超像素分割的孪生网络双目立体匹配方法研究

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电子科技 2021年第9期34卷 73-78页

作者：陆玮刘翔薛冕上海工程技术大学电子电气工程学院上海201600

图像若存在纹理缺乏、遮挡、边缘深度不连续等情况,其双目匹配精度会降低。针对这一问题,文中将经过均值滤波预处理和SLIC超像素分割形成的超像素区域作为Siamese孪生深度学习网络模型的输入,进行了图像局部信息匹配代价计算。该方法有... 详细信息

图像若存在纹理缺乏、遮挡、边缘深度不连续等情况,其双目匹配精度会降低。针对这一问题,文中将经过均值滤波预处理和SLIC超像素分割形成的超像素区域作为Siamese孪生深度学习网络模型的输入,进行了图像局部信息匹配代价计算。该方法有效提升了视差计算时边缘区域的辨识度,避免了视差图边缘膨胀、模糊、不连续等问题,提高了立体匹配的准确度。实验部分基于Middlebury立体视觉数据集测试平台,并与sgm半全局匹配、自适应权重AD-Census等方法得出的视差图进行比较。结果显示,该算法在深度不连续区域和缺乏纹理区域的匹配效果改善较为明显,且平均视差误差和平均错误率均有所降低,具有更好的鲁棒性。

关键词：双目视觉超像素分割 SLIC算法立体匹配孪生网络 sgm算法 AD-Census算法 Middlebury数据集

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多视点图像的立体模型研究

中国新通信 2017年第17期19卷 155-155页

作者：郭宏曦长春理工大学

本论文提出一种矩阵式多视点图像的立体模型。通过建立深度图同名点的位置关系,达到深度信息间的相互空洞补偿的目的,从而获得一幅更精准的深度图。

关键词： sgm算法多视点视差融合