CT系统参数标定及成像

本文主要讨论2017年全国大学生数学建模竞赛A题的CT系统参数标定及成像问题.首先,利用Radon变换滤波反投影,建立了CT图像重构模型,利用标定模板的吸收率推导出参数CT系统的中心位置、探测器单元距离和X射线方向,进而得到成像位置校正参数.然后,利用Beer-Lambert定律得到接收信息,衰减系数,吸收率之间的关系并对赛题附件所给两个未知物体的接收信息进行重构和校正,利用中值滤波和Wiener滤波得到清晰的图像和指定位置的吸收率.最后,讨论了现行的参数标定模板的准确性问题及误差产生原因,提出新的参数标定模板,并进行了不同条件下的重构实验,验证新模板的有效性.     

基于图像重建的CT系统参数标定与成像模型

针对CT系统中,由探测器的接收信息确定介质形状的问题,首先基于解析几何原理,分析了旋转中心、X射线方向、介质吸收率和探测器接收数据之间的关系;然后根据标定模版所测数据,利用回归分析、二重搜索等算法,求解得到CT系统的参数;最后,基于傅立叶切片定理,建立了CT系统成像模型,通过图像重建中的滤波反投射方法和相应的平移变换得到未知介质的灰度矩阵,实现介质形状的确定。实验结果表明,该方法CT系统在图像重建方面有很强的可靠性和较大的精确度。     

CT系统的参数标定及成像方法研究

该文利用X射线在介质中的衰减规律以及电子计算机断层扫描(CT)图像重建的相关知识,建立了CT参数标定的单目标拟合优化模型以及CT成像的滤波反投影图像重建模型。首先结合X射线在介质中的衰减规律以及Radon变换的相关理论,基于最小二乘原理建立单目标拟合优化模型。然后利用遗传算法对旋转中心点以及探测单元间距进行分组优化多次求解,求解结果基本收敛于同一数值。之后在标定的CT系统参数下,结合CT图像重建相关知识,运用傅里叶变换以及傅里叶切片定理,建立CT图像的滤波反投影图像重建模型。基于探测器单元的接收信息,求解图像重建模型得到正方形托盘上各个位置的吸收率信息,并构建介质在托盘上的位置和形状。最后通过对原数据信息进行图像重建并对比,验证了模型的可行性。     

CT系统参数标定及成像

针对CT系统旋转中心、探测器单元距离、射线方向的标定问题,首先建立原点在椭圆中心的平面直角坐标系,给出射线穿过介质的长度与射线方向、探测器单元距离和原点到射线的最远距离三个参数之间的解析关系式;然后利用接收器吸收信息与对应射线穿过长度成比例这一条件,可得每次旋转时相邻两个接收器接收信息的比值与它们对应射线穿过长度的比值在理论上相等,从而以这两个值的最小二乘误差为目标函数建立非线性规划模型,求解得到单元距离和旋转的射线方向,进而标定CT系统的参数。针对CT系统接收器接收信息的还原问题,建立了利用Radon反变换进行求解和切线区域取交集法进行验证的复原模型。     

CT系统参数标定及成像研究与设计

CT系统除需要设备支持外,参数标定精度和成像模型对扫描效果具有显著影响.本文巧妙地利用模板与探测器的关系,寻找最佳标定位置,精确地对CT扫描系统进行参数标定,在此基础上,建立含有插值、滤波、局部搜索算法的CT介质成像优化模型,并列举实例进行图像重构模拟分析,最后利用逐差法设计更加精确的标定模板.     

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。     

CT系统参数标定及图像重建模型

当今,CT系统被广泛应用于医疗与工业生产中。精确的几何参数标定和准确的图像重建方法是CT系统研究课题中的重要任务。本文以2017年高教社杯全国大学生数学建模竞赛A题为例,依据Radon变换和最小二乘方法,经过坐标变换,建立优化模型求解出系统的旋转中心、初始角度和探测器间距。基于所求参数,采用滤波反投影算法,通过平移及旋转修正完成图像的重建。     

基于CT技术的投影重建模型研究

CT技术作为一种非接触式检测技术,能在获取样品内部信息的同时保持其完整性,在医疗检测、地质勘探领域有广泛应用.本文对一种CT系统经典模板巧妙地进行了几何分析,改进了两种常用成像模型,建立了投影重建模型,提高了标定精度和稳定性.最后在此基础上对模板进行了改进和推广.     

大尺寸三维激光测量系统标定方法

研究了一种基于平面几何射影变换原理的三维激光测量系统标定方法. 根据测量系统中激光扫描平面的旋转特点,基于平面射影变换中直线不变的映射关系建立了标定对象表面被测点在不同参考系之间变换的约束关系,并采用封闭运动链思想定义系统参考系空间刚体变换关系,将系统标定问题转化为世界坐标系下系统内参数矩阵和外参数矩阵的求解. 通过空间变换关系得到上述2个矩阵的解,实现系统的标定. 该方法标定装置简单、速度快、稳定性好,能够满足实际工程应用中的需求.     

CT系统参数校准与成像

CT系统在安装时存在旋转中心与旋转角度不准确的问题,这将大大影响成像质量.本文采用椭圆与圆形两个均匀介质对CT系统进行校准,通过理论分析给出旋转角度与旋转中心的校准公式以及成像方法,并通过实际数据对其进行验证,结果表明本文提出的校准公式与成像方法高效可靠,可用于CT系统.     

基于平面模板的摄像机标定新方法

提出的一种基于平面模板摄像机标定的新方法是先通过假设图像中心坐标为模型的成像中心,由摄像机线性模型求解中间变量然后分解独立的摄像机参数,并将求得的参数作为带畸变的非线性模型初始值进行优化求解,最终得到摄像机模型所有参数的精确值。通过仿真实验和真实实验对本方法与其他方法进行测试与比较,结果表明算法有相似的收敛性,在噪声环境中有更好鲁棒性,并且具有更小反投影误差。     

结合精度补偿的机器人优化手眼标定方法

为了解决制造现场机器人高精度视觉测量定位的问题提出了一种结合模型精度补偿的机器人方位与手眼关系同步标定方法。该方法首先将视觉系统与机器人之间的位姿关系即手眼关系以及标定板与机器人坐标系的空间转换关系作为待优化求解对象,用齐次坐标矩阵分别表示机器人运动学正解以及视觉系统与标定板之间的位姿关系,进而构建闭环的机器人手眼关系优化方程;然后,使用三维旋转群表示旋转矩阵,建立了标定模型方程,用非线性全局优化的方式同步得到标定方程中矩阵的旋转和平移初始解,采用最小化相机的重投影误差提高了标定精度;最后,使用机器人运动学标定设备提升了本体的模型精度,再进行视觉标定得到了更准确的标定结果。实验结果表明:该标定方法只需提前示教若干点即可自动完成,操作简易高效;在补偿了机器人本体的臂长和关节零位误差后,算法精度从0.15mm提升至0.10mm。与经典的手眼标定方法相比,所提方法在不同测试数据集下的标定精度和稳定性均最优。     

数码相机定位的优化设计

研究的是数码相机在交通管制中定位物体特征点的优化设计问题．将数码相机成像问题简化为针孔成像问题后,研究了靶标图像与数码相机像平面上图像间的旋转和平移关系,为了使二维图像获取三维信息,建立起图像间的透视投影模型．利用该模型,通过确立标定点与相应的二维图像坐标,运用最小二乘法求解投影矩阵,实现对相机内、外部参数的标定．标定过程中,运用数字图像处理技术,对图像进行二值化处理,提高了数据的准确度和科学可信性,由此解得较为精确的内、外部参数,获得基于此模型的圆心在像平面的坐标表示,分别为A（321,189）、B（422,196）、C（639,212）、D（582,502）、E（284,501）．使用BP神经网络方法对已建立的模型进行检测,通过对比BP神经网络与透视投影求得圆心值与实际圆心值的均方根误差,论证了该模型有较高的精度和稳定性．并基于已有工作,建立了双目视觉定位模型,得到两部相机间的相对位置关系．在模型的进一步讨论中,研究了椭圆中心偏移问题,时像平面上椭圆的中心坐标进行了修定,得到实际的中心为：A（325,191）、B（427,201）、C（642,216）、D（584,504）、E（288,505）．以及讨论了图形的畸变问题,确定了相应的关系．     

径向畸变摄像机的标定

本文研究摄像机径向畸变的外部参数的标定问题。首先讨论摄像机畸变的类型,然后建立摄像机畸变的数学模型,给出畸变函数是一阶形式的模型,并且给出了适用于数学软件求解外部参数的模型。最后,通过平面薄板上五个圆在摄像机上的成像,提取图像上的数据,利用Lingo软件求出摄像机的外部参数。这种方法对实验条件要求低,求解速度快。不仅可以求解摄相机畸变的标定问题,而且可以求解变焦距的标定问题。     

自主车辆视觉系统的摄像机动态自标定算法

为了解决自主车辆视觉传感器在姿态变化后摄像机旋转外参数的在线自标定问题,提出了一种利用道路图像消失点相对不变量的摄像机旋转外参数的动态自标定算法.它首先从汽车采集到的道路视频序列中实时分析道路消失点,然后依据中心极限定理并使用相应的统计量,动态地估计主消失点与消失线参数,最后利用小孔成像模型下的消失线与消失点方程,解析地求得对应于当前统计特征的摄像机外部参数动态解.实验结果表明,在摄像机进行姿态调整后,实验系统使用本算法可在不超过90帧有效图像样本的基础上,能对摄像机旋转外参数进行精确标定,使旋转外参数的绝对误差值收敛于0.001 rad的误差带之内.     

水下相机标定算法研究

光线在水下成像过程中经过水、玻璃和空气3种折射率不同的介质而发生折射现象。在这种情况下,利用简单针孔成像模型表征水下成像将产生非线性误差。针对这一问题,本文在分析多介质环境中光线的折射效应的基础上建立水下相机模型,并基于该成像模型提出一种水下相机标定算法。在实验室条件下完成水下双目相机的标定工作并与同类标定算法进行比较。实验对比结果显示,基于水下成像模型提出的相机标定算法能够有效的修正折射效应对水下图像产生的畸变影响,更加准确的表征水下成像过程。     

一种标定立体成像系统的新方法

在立体成像系统中，两相机的位置、取向、倾角由于机械上的困难，很难保证固定不变。因此，在匹配问题解决后，必须对成像系统进行标定，才能最终提取关于景物的三维信息。基于此，提出了一种成像系统的模型及其误差量定义，同时给出了用最小二乘法拟合立体成像系统参数的算法。     

一种标定立体成像系统的新方法

在立体成像系统中，两相机的位置、取向、倾角由于机械上的困难，很难保证固定不变。因此，在匹配问题解决后，必须对成像系统进行标定，才能最终提取关于景物的三维信息，基于此，提出了一种成像系统的模型及其误差量定义，同时给出了用最小二乘法拟合立体成像系统参数的算法。     

基于立体成像系统的架空输电线路通道监测

视频监控在输电线路运维检测中已得到广泛应用,但传统二维成像缺少深度信息无法准确测得真实空间距离。本文提出了一种基于立体成像系统的架空输电线路通道监测方案。方案分为三个阶段:首先,系统标定阶段对立体成像系统标定,获得系统内、外参数;然后,在架设建模阶段对立体成像系统进行现场安装,并建立导线监控空间点数据库;最后,实时检测阶段识别异物,并寻找异物与监控空间点数据库的最小值作为异物与导线的空间距离。通过现场实验,建立了10 kV、杆塔高8 m、杆塔间距100 m的输电线路通道模型,实时检测出了人为设置的异物与异物到导线的空间距离,验证了本文方法的可行性。     

视觉测量中的一种线性摄像机标定方法

视觉测量中成像模型的求解速度和效率是下,利用预先标定好的图像尺度因子,采用一幅图像对摄像机的外部参数、有效焦距、径向畸变进行标定,标定过程中,每一步均用线性方程组求解.该方法求解过程快速,结果准确,适合视觉测量中对摄像机的不定期标定.