摄像机模型及其参数计算

在射影几何的基础上描述了一个摄像机及成像系统的模型,给出了模型参数的两种计算方法。该方法已用于一个三眼立体视觉系统摄像机及成像系统模型参数的计算,所得参数用于三维坐标的计算,最大相对误差小于3.4%。该模型适用于类似成像系统的校正、反透视投影、2.5维及3维信息的计算。     

基于OpenCV的挖掘机器人摄像机参数标定

为了建立挖掘机器人视觉系统摄像机测量模型,提高视觉测量精度,分析了挖掘机器人摄像机视觉系统内、外参数成像模型及摄像机非线性畸变参数,确定了适合挖掘机器人视觉系统的标定参数。通过采集自制的棋盘标定模板不同方向的七幅图像,基于OpenCV技术实现了对模板角点的提取。通过七幅图像进行标定实验,实验结果获得了摄像机模型的线性内部参数矩阵,标定出了摄像机非线性模型的径向畸变系数,摄像机外部旋转矩阵及平移向量,并给出了标定参数误差。研究结论表明采用角点提取方法,标定误差可达亚像素级,能够满足挖掘机器人视觉系统的标定及视觉测量精度要求。     

基于非成像模型的摄像机校准方法

作为摄影测量关键部件的摄像机,其校准精确度直接影响了整个测量系统的测量不确定度．通过对常规摄像机校准技术的研究,发现基于内参数成像模型的校准方法会因为内参数综合优化的相关性干扰和非线性求解的不确定性使校准的畸变参数不稳定,且无法修正由镜头透镜组制造中的曲率变化非连续平滑等造成的非模型化畸变．结合航空摄影测量光学实验室方法与垂线法,以摄像机的成像原理为依据提出基于非成像模型的校准方法,以实现逐像元（甚至亚像素级）畸变的细化修正．实验表明,该校准方法的角度测量精度为±5″,系统不确定度为10×10-6,并可适用于所有的相机和镜头．     

CCD摄像机内外部参数快速准确的标定方法

导出了一种ＣＣＤ摄像机的成像模型，给出了一种基于这种模型的ＣＣＤ摄像机内部、外部参数标定方法，该方法的特点是无需迭代，且精度高。     

基于双目立体视觉的排爆机器人自动目标抓取

目前各种多关节、多自由度的排爆机器人在实战中都存在操作复杂、速度慢的问题.为此,基于双目立体视觉设计并实现了一个排爆机器人的目标物自动抓取系统.该系统能根据目标物在两摄像机获取的图像坐标计算其三维坐标,从而对机械臂进行轨迹规划和控制,完成目标物自动抓取.首先,建立了一个完整的双目立体视觉系统数学模型,然后,用张氏平面法标定两摄像机的内参数,再采用最小二乘法进行立体标定,得到双目立体视觉系统的外参数,从而根据目标物在左右摄像机成像得到的图像坐标计算其三维坐标.实验表明该系统能在满足作业精度要求的前提下,大大提高排爆作业的易操作性.     

广角镜头的摄像机非线性标定技术

在路面检测的计算机视觉系统中,采用了线结构光照明和摄像机采集外界三维信息．为了实现在大范围内的测量,摄像机采用了广角镜头摄像,同时也引入了比较大的图像畸变．为了精确标定摄像机,采用了比较接近实际情况的几何模型,并采用了非线性迭代解方程的方法对摄像机进行标定,求解摄像机的内外参数．实验精度可以达到0．1mm．该方法简洁实用,可以采用这种方法在实际当中对系统进行标定．     

双目立体视觉系统摄像机标定

对摄像机参数标定是三维定位的关键．制作了平面式标定板，将标定板中圆的当量中心作为标定用参考点，这样可以有效避免测量误差．采用线性和非线性结合的方法标定摄像机参数，首先利用直接线性转换模型（DLT）得到投影矩阵，通过约束条件分解参数矩阵，分别求出摄像机内部参数；然后将得到的标定参数作为初值，代入非线性方程进行优化，得到精确的标定参数．非线性优化采用Levenberg—Marquardt迭代法．试验表明，标定参数与出厂参数有一定差异，但和实际情况完全吻合．     

一种改进算法的光学运动捕捉系统

对光学运动捕捉系统中关键技术进行了论述，为了得到无需后期手工标注的三维数据，需对二维标记点预测和跟踪，提出了利用先验数据准确跟踪标记点的算法，采用非线性和线性结合的方法标定摄像机，计算出摄像机的外部参数和内部参数，三维重建时利用多个摄像机融合重建，提高了重建的准确率，并利用对摄像机分组的方法，降低了运算的复杂度，实验结果证明，本系统能够得到较为精确的人体运动数据。     

微光CCD摄像机分辨特性测试

为了定量评价微光ＣＣＤ的综合性能，该文进行了微光ＣＣＤ摄像机分辨特性测试的研究，文完善了微光ＣＣＤ摄像机分辨率测试系统，整个系统由中性可变微光照明系统，光学成像系统，微光ＣＣＤ摄像机，监示器和照组成。阐述了微光ＣＣＤ摄像机分辨特性的测试方法。该文采用一定性质的鉴别图案（电视分辨率测试卡）在一定微光照度下投射到微光ＣＣＤ摄像机的阴极面，在监示器中观察到的最小空间频主就是此照度下的分辨率，文中用此测试     

基于单目运动摄像机的三维物体运动参数估计

针对单目视觉监测系统摄像机和目标物体同时运动时,如何有效测量物体三维运动参数的难题,提出一种基于单目序列图像对插入虚拟视点的算法确定运动物体位姿及运动参数的方法。动摄像机连续采集运动物体的图像序列,根据摄影几何原理对摄像机和运动物体进行分析,结合本质矩阵的特性,估算空间物体运动参数。实验结果表明,该方法能够在为摄像机与目标物体同时运动的情况下,有效地估测出物体三维运动参数,且该方法简单有效,具有较高的精确度和准确性。     

基于立体视觉的摄像机标定方法的研究

摄像机标是立体视觉获取三维空间信息的前提与基础。标定结果的好坏直接影响着三维测量的精度及三维重建结果的好坏。笔者首先在本文中对摄像机标定的基础知识作了简要的介绍,采用三维标定块标定摄像机,避免传统的利用标定板标定摄像机丢掉了Z维的坐标信息所引起的误差,同时考虑相机的径向畸变因素,以提高标定精度。实验结果表明该方法精度较高,能满足立体视觉系统的需要。     

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.     

基于液晶标靶的坐标测量方法

提出一种基于液晶标靶的坐标测量方法.通过最小二乘优化的方法确定摄像机主点与坐标测量头的坐标转换关系,结合摄像机外参数确定测量头的三维坐标,将摄像机用于光学三维坐标的测量,提出了相机移动时的坐标变换公式和移动距离的计算方法.实验结果表明,平面标靶标定点数量显著增多,可精确提取标定点,摄像机的标定结果更加准确.该方法简单、可靠,可以准确的得到光学坐标测量结果.     

一种基于标记点的近景摄影测量系统

给出了一种基于标记点的鲁棒三维重建摄影测量系统;采用编码点和非编码点等标记点方式.为了减少不同图像间误匹配的概率,采用一种新的基于编码点的匹配方法,不同图像间非编码点的匹配从编码点开始,并通过相似性准则、模糊度准则和距离误差准则来剔除误匹配,可获得非常高的正确匹配率.采用一种新的基于标记点的加权迭代特征算法,用编码点恢复相机的投影矩阵,从而可以确定相机的外部姿态参数;用非编码点恢复3D坐标.与已有的加权迭代特征算法比较,该算法避免了所有点参与计算相机的投影矩阵,运算速度更快.由于采用标记点的亚像素定位方法,提高了3D重建精度.实验结果表明,在3D重建方面,该系统是强壮和精确的.     

基于主动视觉的机器人末端姿态测量

采用平面校准形及移动摄像机到不同形位摄取图像的方法来进行摄像机校准，由灭点正交性和单对应矩阵的固有特征估计摄像机内、外参数初值，通过非线性优化来最小化投影误差；利用遗传算法求解机器人手眼矩阵，避免了初值估计，可容易地得到机器人执行器末端相对于绝对坐标系的姿态．实验和计算验证表明，这种测量方法是有效的，可以用于机器人校准、机器人辅助测量以及机器人辅助手术等领域．     

光栅投影三维物体重建中的二值化方法研究

在光栅投影成像三维物体表面重建中，由于阴影和光照不均匀的影响，采用传统的时域二值分割方法，难以得到高质量的分割图象．为此，提出了两种图象分割算法：全曝光明图对比空域二值分割算法和分组最大方差空域二值分割算法．这两种分割算法主要是在空域上的每个位置同时考虑所有的二维光栅投影图，从而大大克服了阴影的影响以及光照不均的影响．实验证明，这两种方法提高了光栅投影图的二值分割质量，使得最终的重建结果更为精确，所提出的两种二值分割算法操作简单，易于实现．     

双目立体机器视觉检测系统及其应用

为了快速准确地获得被测物体的三维立体尺寸,双目立体视觉检测系统是有效解决方案之一。经过精密标定的双且视觉系统,可根据两摄像机的视差,准确计算空间物体的三维形貌尺寸。双目视觉系统的标定技术及立体匹配技术是决定测量数据质量的关键环节。设计了高精度视觉标定系统,有效解决了立体匹配的难题,所开发的便携式立体测量仪,可以快速准确地获得大型物体的稠密三维坐标点云。在不喷涂显影荆的情况下,解决了黑色物体和反光物体的三维测量难题,可广泛应用于摩托车、汽车、模具、服装鞋帽以及逆向工程设计中。以逆向工程的3D轮廓测量为例,介绍了双目立体视觉技术及其应用。。     

一种适用于广角、鱼眼及折反射系统的标定方法

采用畸变-2D标定板的方法进行摄像机标定,基于多项式摄像机模型,使用图像投影描述为泰勒级数展开的标定方法,并通过非线性最小二乘拟合的方法求解得到相机的内外参数,对其方法进行了扩展和优化。实验结果表明该标定方法可以应用于广角、鱼眼以及折反射图像系统中,并能够获得较高的标定精度。     

单摄像机立体视觉测量的研究

立体视觉测量的单摄像机结构相对双摄像机结构在结构尺寸、检测速度和经济成本上有明显的优势,有着广泛的应用前景。从原理和结构方面分析了单摄像机立体视觉测量的结构精度。结合双目立体视觉的基础与单摄像机测量结构的具体组成,用数学方法解析各个因素的影响情况,得出较为直观的数学描述;对结构尺寸和精度要求进行综合考虑,针对大视场角结构设计的复杂性,完成结构设计过程,提出较合理的结构形式;通过相应的实验进行精度验证和分析,验证了设计和分析方式合理性。     

卷帘式快门CMOS数字相机测速算法

为精简相机测速成图像的处理过程, 在研究卷帘式快门相机的工作原理及特点的基础上, 建立了三维空间目标与相机成像目标间的透视投影模型, 并对空间运动目标和平面运动目标的测速算法进行了详细的理论推导和实验测试。结果表明, 采用卷帘式快门CMOS数字相机的测速方法可准确测量平面运动目标的位姿和速度, 测试结果可靠, 测速精度误差在允许范围内（3%）, 在未来的交通监管领域有广阔的发展空间和应用前景。