非接触式动态位姿测量方法研究

针对非接触式动态位姿测量系统在人体运动信息检测的应用中对人体精细、微小动作测量精度的要求,提出了非接触式动态位姿测量系统的重构修正模型.该模型以三维重构理论知识为基础,综合考虑影响测量系统精度的多种因素,给出了测量误差理论体系,确定了该模型的修正成像方程.实验表明:通过基于修正模型的非接触式动态位姿测量系统进行静态标定和动态位姿参数测量,测量精度比修正前有明显提高.     

激光跟踪坐标测量系统的双线法基点自标定

激光跟踪三维坐标测量是一种新型的大范围坐标测量方法.在实际测量中,系统首先要经过标定,确定系统参数,然后才可以进行测量.因此,系统参数自标定的精度直接影响测量的精度.为了分析误差起因,提高标定精度.提出了一种新型的标定方法,用激光干涉仪双直线法来标定测量系统的基点坐标,通过仿真和实验,证明该标定方法可提高激光跟踪系统基点坐标的标定精度.     

数字光栅投影轮廓测量系统不确定视角标定法

建立了数字光栅投影轮廓测量系统的简易标定模型,以实现测量系统的简便化和便携式应用。该标定模型基于绝对相位提取和空间映射技术,仅需确定像面坐标和绝对相位到空间坐标的转换矩阵。标定矩阵由L evenberg-M ar-quardt算法优化求解,其中所需的已知空间点阵列借助新型虚拟三维靶标实现。该虚拟靶标基于不确定视角摄像机标定法,仅需要一个平面靶标,避免了使用昂贵的平移设备,极大地降低了标定系统的成本和复杂度。对标定系统进行了大量实验,并使用标定球对测量系统进行了测量精度评价。实验结果表明标定精度高于0.2mm,证明该标定法具有很好的应用价值。     

数字光栅投影轮廓测量系统不确定视角标定法

建立了数字光栅投影轮廓测量系统的简易标定模型,以实现测量系统的简便化和便携式应用。该标定模型基于绝对相位提取和空间映射技术,仅需确定像面坐标和绝对相位到空间坐标的转换矩阵。标定矩阵由Levenberg-Marquardt算法优化求解,其中所需的已知空间点阵列借助新型虚拟三维靶标实现。该虚拟靶标基于不确定视角摄像机标定法,仅需要一个平面靶标,避免了使用昂贵的平移设备,极大地降低了标定系统的成本和复杂度。对标定系统进行了大量实验,并使用标定球对测量系统进行了测量精度评价。实验结果表明标定精度高于0.2mm,证明该标定法具有很好的应用价值。     

皮肤位移对人手运动图像三维检测精度的影响

为研究皮肤位移对人手运动三维图像检测精度的影响 ,对食指 -拇指对捏运动过程进行了测试、分析。并在此基础上 ,利用人手运动三维图像实时检测装置 ,进行了标定实验 ,取得了较为理想的测量效果。分析表明 :1)在进行手指一般运动分析时 ,如果在手指上选择优化的标志点粘贴位置 ,标志点族的面积和长度相对变化量小于 5 % ,皮肤位移产生的影响基本可以忽略不计 ;2 )皮肤位移对各指节测量精度影响有所不同 ,远侧指节误差较小 ,近侧指节产生的误差较大 ;3)当对捏指的屈曲角度增大 ,对捏运动周期百分比达 6 0 %时 ,皮肤位移对检测精度的影响快速增大。     

多路法激光跟踪干涉测量系统的研究

叙述了测量系统的工作原理，给出了测量一个运动物体三维坐标的计算方法，指出测量系统要进行自标定和测量，运动物体的“不同动点数”应大于9，简要分析了测量系统的组成，各自的工作原理，测量系统的误差来源与误差传递，最后通过实验验证了测量的可行性，得出测量速度为0．5m/s，测量不确定度为0.062mm。对于提高系统精度和可靠性提供了可靠的方向和有益的建议。     

立体视觉标定系统的分析与设计

分析了非线性摄像机模型,改进了圆心标定点提取算法,在Tsai算法的基础上构建了左右摄像机的关联矩阵,并在VC 环境下设计了立体视觉标定系统.实验结果表明,该系统成本低廉,鲁棒性好,精度较高,可用于空间目标测量、三维重构等领域.     

内置零件装配质量的多双目视觉测量标定技术

内置零件的装配质量检测由于受到空间的限制,常需要多个双目立体视觉测量子系统协同完成,而对多双目立体视觉测量系统进行准确的标定是保证内置零件测量精度的关键.提出了一种面向多双目立体视觉测量系统的综合标定方法,分析了标定数学模型,介绍了具体实施方案,包括单个双目立体视觉系统的标定和多个系统间空间位姿关系的标定.在上述研究的基础上,对一个双双目立体视觉测量系统进行了标定实验,通过对圆柱标准件的测量验证了多双目立体视觉测量综合标定方法的正确性和可行性.     

基于图像的人体参数测量系统的设计与实现

给出一种基于图像的人体参数自动测量方法,并设计与实现人体参数测量系统.通过2个数码相机拍摄人体的正视图和侧视图,运用图像分割和特征提取等图像处理方法提取2幅图像上的人体特征点;利用三维标定架标定相机的内外参数;利用双目视觉原理从2幅图像上的特征点计算出人体的测量点,完成人体尺寸参数计算.试验结果表明:与传统手工测量相比,本方法能实现自动测量,缩短了测量时间,提高测量的精度和效率;与三维非接触测量相比,本方法测量设备简单和便携,测量速度更快,操作更加方便.     

基于局部单应性矩阵的结构光系统标定研究

在基于结构光测量系统中,投影仪标定对物体的三维测量精度有着直接的影响。通过投影仪投射多幅正交格雷码至棋盘格标定板表面,利用未标定摄像机获得受棋盘格标定板调制的变形格雷码条纹图像,通过局部单应性矩阵方法获得棋盘格标定板各角点所对应的投影仪图像坐标。根据摄像机图像坐标、投影仪图像坐标与棋盘格标定板角点对结构光测量系统进行标定,获得摄像机与投影仪的内参数矩阵以及投影仪图像坐标系在摄像机图像坐标系的位姿矩阵。最后对结构光测量系统进行了标定实验;并使用Samuel Audet标定工具箱、Douglas Lanman标定工具箱与提及的标定方法进行标定误差对比。实验结果表明该方法操作简便,精度高,能较好地标定结构光测量系统参数。     

运动捕捉人工智能系统在速滑项目中的应用

为验证自主研发的人体运动自动捕捉人工智能系统在大范围运动场景下获得人体关节点三维坐标的有效性，在训练环境下对10名速度滑冰运动员的动作特征进行三维定点拍摄，使用该系统对录像进行自动解析，获得的三维坐标-时间曲线和专业研究人员人工解析曲线的多重相关系数均大于0.90，差值平均值小于0.025 m，验证了该系统在大范围运动场景下快速、精确获得人体关节点三维坐标的有效性。将该系统应用于我国顶尖速度滑冰运动员的动作技术分析，结果表明成绩差异主要来自蹬冰效果的不同，提示运动员应着重改善蹬冰动作，提高蹬冰效率。     

基于SIFT特征匹配和模约束的摄像机分层自标定方法

在一些计算机视觉和摄影测量任务的执行过程中,需要在线地标定摄像机参数,这就使得不依赖标定参照物的自标定成为必需,提出一种基于SIFT特征匹配和模约束的摄像机分层自标定方法。自由移动或旋转摄像机拍摄同一场景内部参数不变条件下的四幅以上图像。对每幅图像进行SIFT特征点提取,通过特征点匹配在每幅图像中分别获得对应三维场景空间同一特征点的像素坐标。进行投影标定,获得每幅图像在投影重建空间中的相机投影矩阵,以及每个特征点在投影重建空间中的三维坐标。进行仿射标定,采用模约束法确定无穷远参考平面在投影重建空间中的参数。进行度量标定,确定内参矩阵。实验表明,该方法能在线地稳定地获得摄像机内参标定结果,从而对现有的摄像机自标定方法进行了改进。     

低成本人体步态在线检测系统

研究了一种由 CCD摄像机、三维测力台及表面肌电信号检测装置组成的人体步态在线检测系统。在该系统中图像、力和表面肌电信号都由一台计算机实时采集。采用普通监控用图像设备和边缘检测、模板匹配等方法识别运动图像中的标志点 ,降低了系统硬件成本和对测试背景的要求。初步应用结果表明 :系统同步性能好 ,空间分辨率小于0 .2 %。该系统不仅适合于临床进行步态分析 ,而且也可用作其他与人体运动姿态有关研究的检测平台。     

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计方法、双目立体视觉系统标定和双目视觉系统校准技术,构建了三维场景中目标的空间坐标与图像中点像素坐标的对应方法.通过双目立体视觉系统采集目标图像,采用基于半全局立体匹配(SGBM)方法,实现了目标中心点三维坐标的计算,并通过背景差分的手段获得目标轮廓,获取目标在水平面的旋转角度,配合焦点所处的坐标位置标示,即可提取目标姿态信息.采用以上方法对电力仪表的姿态进行估计和验证,结果表明:设计的方法可以完成电力仪表的空间坐标计算以及姿态估计,可实现对电力仪表的准确抓取,为机器人在电力系统人工智能领域的应用提供参考.     

计算机辅助外科手术中被动多眼定位方法

多眼定位方法利用多个摄像机之间，多个目标特征点之间的冗余信息来提高目标的定位精度，利用手术区域的特殊标记作为标准参考点建立世界坐标系，有效地简化了繁锁的摄像机标定过程，仿真和实验结果吻合，实测精度优于1mm，该方法不仅对精确，灵活，可靠地执行计算机辅助医学干预具有重要的作用，而且对放射治疗，工业机器人，虚拟现实技术和导航系统的研究具有重要意义。     

采用标记点的弹性连接体三维建模与运动估计

为了采用非常少的参数就能反映人肢体皮肤的变形,提出了一种新的旋转圆锥曲面进行弹性连接体（人体）三维建模,模型包括了人体三维骨架和代表人肢体皮肤的变形曲面方程, 每个肢体只需调整一个变形参数就能反映出人肢体皮肤的变形.根据双目图像序列的标记点估计人体三维变形和运动参数, 包括了骨架的运动参数估计和变形曲面的变形参数确定.实验结果表明：模型能正确地反映人肢体皮肤的变形,运动估计算法能精确地估计人体运动参数.     

用PSD传感器实现多点运动轨迹的二维和三维实时检测

用位置敏感器作为传感器研制成一种性能优良的运动分析系统。它可以精确地确定多个动点的位置并实时给出其轨迹。文中介绍了传感器的工作原理、测试系统的构成及改善精度的技术关键，并以棍图形式给出多点位置的二维、三维实验结果。此项研究成果已于１９９０年７月通过鉴定。     

基于射影不变量的摄像机标定

为解决摄像机标定过程中自动寻找标定物平面上的特征点与图像平面上特征点的对应关系问题,将射影空间几何不变量性质应用到对应点的寻找过程中,通过交比不变性确定标定物和图像上的5个特征点的对应关系;再从5个特征点对中取出任意3个点对,确定标定物和图像上其他特征点的对应关系.实验结果证明:该方法标定准确,标定过程自动、快捷.     

多视点三维测量系统的全局标定方法研究

针对线结构光三维测量速度较慢和易发生遮挡问题，开发了一种多视点线结构光三维测量系统．并针对本系统提出了一种简易的基于线结构光的多目视觉三维测量系统全局标定方法，标定过程只需要一块可自由移动的共面靶标，即可将所有摄像机局部坐标系统一到光平面测量坐标系，实现多视点测量数据的自动拼接．实验表明，该方法方便易行，适合现场标定，同时满足系统精度要求．     

利用空间正交约束的相机自标定和三维重建

提出了一种用2幅未标定的图像进行三维重构的算法.利用空间 3 组垂直方向的正交结构与其在图像平面上消失点的对应关系,线性计算出相机的内参数,再利用3组匹配线段计算相机在2个视角的运动参数,最后根据得到的相机参数采用三角测量法计算空间点的三维坐标值.该算法与利用三正交运动的主动标定法相比,把相机的正交运动约束转换成空间正交结构约束,使用简单,适应性强,可直接利用参数未知的手持数码相机拍摄图像进行三维重建.对真实的建筑场景图像进行三维重建实验,重建后的三维模型在新视点生成的图像与所观察的场景一致,重构的2个平面夹角与实际值的测量误差在1 5%~2 6%之内.