一种基手双目线结构光视觉系统的简单标定方法

提出了一种基于双目线结构光主动三角法的视觉系统的简单标定方法．该视觉系统采用线结构光原理,使用双目摄像机避免了常用的单摄像机系统中容易出现的遮挡等问题．该系统的标定综合了线结构光传感器模型以及双目立体视觉模型,推导了各个标定坐标系之间的联系,依据蔡氏两步法,使用方格靶标和最小二乘法求得各种标定参数．实验结果表明,该标定方法操作简单、实用可行．     

一种基于摄像机标定的车辆视频测速方法

以Tsai两步法为摄像机标定原理,提出了一种车辆速度视频测量方法,并对摄像机标定误差和车速检测误差进行了分析。首先利用Tsai两步法得到摄像机的内部和外部参数,然后将图像空间提取出的运动车辆特征点位移转换到世界坐标系,最后利用帧差时间求得车辆的瞬时速度。实验结果表明,基于摄像机标定的车辆速度视频测量方法,具有简单实用、鲁棒性强、精确度高等优点,满足车辆视频测速系统的要求。     

Calibration for 3D Structured Light Measurement

A calibration procedure was developed for three-dimensional(3D) binocular structured light measurement systems. In virtue of a specially designed pattern, matching points in stereo images are extracted. And then sufficient 3D space points are obtained through pairs of images with the intrinsic and extrinsic parameters of each camera estimated prior and consequently some lights are calibrated by means of multi point fitting. Finally, a mathematical model is applied to interpolate and approximate all dynamic scanning lights based on geometry. The process of calibration method is successfully used in the binocular 3D measurement system based on structured lights and the 3D reconstruction results are satisfying.     

一种用于多摄像机无重叠视域环境下的车辆跟踪系统

针对当前交通监控系统中自动化程度较低、过多依赖人力进行监控的现状,文章设计了一种用于多摄像机无重叠视域环境下的车辆跟踪系统.该系统为中心-分布式结构,中心服务器与分布在前端的智能摄像机节点通过GPRS相连,与传统的功能单一的摄像头相比,基于DM642的智能节点可以在前端完成目标检测、跟踪以及分类等工作,并将抽象化后的目标特征信息通过GPRS传输给中心服务器,大大减轻了网络传输的压力.中心服务器根据节点传送来的目标信息,对不同摄像机视域下的目标进行匹配,实现了目标的连续跟踪,获得了更为全面的目标信息.试验表明,文章设计的车辆跟踪系统可以在较大监控范围内有效地跟踪目标车辆.     

基于单目视觉的轨道固定桩基准点测量方法

为了提高铁路线路固定桩基准点绝对坐标测量的效率, 提出了一种新的测量方法; 建立了无合作目标的单点测量模型, 采用单目相机采集激光靶标图像, 利用光饱和点重心法提取激光光斑中心; 研究了平面直线成像规律, 构造了基于正交直线的单应性矩阵求解方法, 并对图像进行透视畸变校正; 根据校正后的图像与靶标的几何相似关系, 计算了激光光斑与靶标的横、纵向偏差; 在室内环境下, 进行了靶标图片拍摄的正交试验, 计算与比较了横、纵向偏差。试验结果表明: 在激光光斑和靶标固定的条件下, 保持相机与靶标的距离不变, 改变相机角度拍摄图片, 经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.082、0.254mm; 相机拍摄角度固定, 改变相机与靶标距离拍摄图片, 经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.126、0.014mm; 在相机的角度、相机与靶标的距离都改变的情况下, 拍摄的图片经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.329、0.064mm; 可见3组试验的横、纵向偏差与期望偏差的误差均小于0.5mm; 系统的水平距离测量误差范围为±1.52mm, 高程测量误差范围为±0.67mm, 根据轨道检查仪性能指标, 线路水平距离误差范围为±3.0mm, 高程误差范围为±2.5mm, 因此, 本文的测量方法精度满足轨道测量要求。水平距离测量误差完全由激光测距仪和倾角传感器决定, 而高程测量误差是由激光测距仪、倾角传感器与激光点和靶心的偏移量共同决定的。      

改进的光照不变道路检测算法

针对大多数道路检测方法存在光照变化敏感,阴影导致误检、漏检等问题,提出了一种改进的光照不变道路检测算法.首先将道路图像RGB空间转换为几何均值对数色度空间;然后根据Shannon熵确定相机轴标定角θ,利用Chebyshev理论去除θ奇异值,得到光照无关图Iθ;其次通过随机抽样方法提取道路样本点,包括道路基准样本点和道路参考样本点;最后建立道路置信区间分类器,将道路从背景中分离出来.实验结果表明,该算法能很好地消除光照变化和阴影对道路检测的影响,检测精度高,能满足实际道路检测实时性要求.     

Application of a Fast Connected Components Labeling Algorithm in Processing Landmark Images

Extracting geometric data of landmarks from fluoroscopic images plays an important role in camera calibration process of a fluoroscopic-image-based surgical navigation system. Connected components labeling is the essential technique for the extraction. A new fast connected components labeling algorithm was presented. The definition of upward concave set was introduced to explain the algorithm. Feasibility and efficiency of the algorithm were verified with experiments. This algorithm performs well in labeling non-upward concave set connected components and applies to landmarks labeling well. Moreover, the proposed algorithm possesses a desirable characteristic that will facilitate the subsequent processing of fluoroscopic images.     

Error Analysis of Liquid Holdup Measurement in Gas-Liquid Annular Flow Through Circular Pipes Using High-Speed Camera Method

Accurate measurement of gas-liquid phase fraction is essential for the proper modelling of the pressure drop, heat transfer coefficient, mass transfer rate and interfacial area in two-phase flows. In this paper, taking the issue of optical distortion into account, an analytical model was proposed to estimate and correct the liquid holdup in gas-liquid annular flow through a circular pipe using high-speed camera method. The error in the liquid holdup measurement generated from different refractive indices among transparent circular pipe, liquid film and air core was firstly theoretically analyzed based on the geometric optics. Experimental tests were then carried out to identify the difference as well as to validate the proposed model. Results indicated that the prediction of the liquid holdup has a good performance with the experimental data (i.e., mean relative error is 4.1%) and the measured liquid holdup is larger than the real one. It was found that the measured liquid holdup is larger than the real one. Generally, when the real liquid holdup gets smaller, the discrepancy between the measured liquid holdup by image and the real liquid holdup becomes more significant. Thus, after measuring the liquid holdup from the images, the value of the measured liquid holdup must be corrected by the present model in order to obtain the real liquid holdup.     

基于3D标靶的摄像机标定方法的改进

针对光学镜头成像时畸变分布的特性,提出了一种改进的摄像机标定方法,以实现摄像机内外部参数和像差修正参数的分离标定。标定实验及之后的摄像机成像二维检测实验证明：该方法大大地简化了计算量,能快速、方便地对摄像机系统进行标定和像差修正;同时能够获得较高的标定精度和测量精度。     

交叉口机动车运动轨迹特征提取与标定

为探讨机动车在交叉口的运行特性,采用复合特征提取算法获取图像上机动车运行的轨迹特征;在多边形线性扫描算法的基础上,考虑摄像机成像畸变的影响,引入中心偏移因子,提出了考虑中心偏移的多区域扫描标定算法,将运行轨迹图像特征转化为真实的运动特征;最后,与多边形线性扫描算法的计算结果及实测数据进行了对比,结果表明:该算法能够有效地提取交叉口机动车的运行轨迹,准确地表征机动车在交叉口的相关运行特性;与实测车速相比,计算得到的机动车速度误差小于4%.      

工业机器人单目双视的应用研究

工业机器人单目双视系统充分利用机器人位姿便于调整的优势,在机器人带动摄像机一起运动过程中,对包含工件的场景进行多次图像采集,实现目标点三维坐标的识别。论文介绍了机器人摄像机的非线性快速补偿算法的定标原理,给出了机器人单目双视三维检测实验。单目双视结合工业机器人控制软件,可使工业机器人能实时调整运动轨迹也可对工件进行非接触测量,提高了工业机器人的适应性和灵活性。     

Analysis of the pencil of conics with double complex contact and its application to camera calibration

In this paper,we introduce a novel class of coplanar conies,the pencil of which can doubly contact to calibrate camera and estimate pose.We first analyze the properties of con-axes and con-eccentricity ellipses, which consist of a natural extending pattern of concentric circles.Then the general case that two ellipses have two repeated complex intersection points is presented.This degenerate configuration results in a one-parameter family of homographies which map the planar pattern to its image.Although it is unable to compute the complete homography,an indirect 3-degree polynomial or 5-degree polynomial constraint on intrinsic parameters from one image can also be used for camera calibration and pose estimation under the minimal conditions.Furthermore, this nonlinear problem can be treated as a polynomial optimization problem(POP) and the global optimization solution can be also obtained by using SparsePOP(a sparse semidefinite programming relaxation of POPs). Finally,the experiments with simulated data and real images are shown to verify the correctness and robustness of the proposed technique.     

具有亚像素精度的冗余特征机器人视觉伺服控制

为克服机器人视觉伺服系统对位姿估算及标定精度的依赖性,结合前期特征识别和后期视觉伺服控制,提出基于冗余特征的机器人视觉伺服控制方法.首先,针对图像处理计算密集的问题,从加快特征提取运算速度考虑,研究了矢量数据的递归贪婪压缩算法;其次,从提高图像空间测量精度考虑,研究了基于向量正交性的亚像素特征提取方法,并结合合作目标形状,给出基于多边形形状拟合的目标识别实验性准则;最后,基于图像视觉伺服理论和任务函数方法,直接以具有亚像素级的冗余图像特征作为反馈信息,建立了机器人视觉伺服控制模型,并进行了视觉伺服验证试验.理论分析和实验结果表明,本文提出的视觉伺服控制方法能够在复杂的环境下快速稳定地提取伺服特征,并对标定误差和深度估计误差具有一定的鲁棒性.      

铁路运营隧道检测技术综述

为了解铁路运营隧道检测技术研究与应用情况, 梳理了隧道病害特点与检测方法, 从表观状态、内部状态、几何形态、高精度地面移动检测机器人和数据信息化5个方面, 分析了国内外检测技术现状, 探讨了检测技术体系与发展方向。分析结果表明: 表观状态检测主要有相机摄像和激光扫描技术, 相机摄像系统适用于车载平台, 检测速度达80 km·h-1, 激光扫描系统结构精巧, 检测速度约为5 km·h-1; 图像处理、计算机视觉是表观病害识别的2种技术, 拓展设计病害特征、提高识别效率、降低非病害因素干扰是图像处理技术进一步发展方向, 计算机视觉推广关键在于构建行业级病害样本库; 地质雷达是开展内部状态检测的关键技术, 地耦型雷达速度约为10 km·h-1, 空耦型雷达速度达80 km·h-1, 空耦型雷达检测系统关键在于优化天线结构、信号增强、抑制电气化设施和机械系统振动干扰, 地质雷达、红外热成像、超声层析成像、激光缺陷检测法等检测技术在探测范围、精度、效率等方面具有互补性, 可构成多技术综合运用策略; 几何形态检测主要有激光扫描、激光摄像、惯性测量技术, 激光扫描测量精度高, 速度约为10 km·h-1, 激光摄像速度达60 km·h-1, 提高激光摄像测量精度关键在于系统标定与振动补偿, 可基于惯性测量深化研究开展仰拱上拱变形检测; 发展和推广高精度地面移动检测机器人、检测数据信息化是与隧道规模相适应、状态精准管理相匹配的保障措施; 检测技术体系建议由“车载式快速综合检测+原位与地面移动精确检测+数据信息化平台”3部分组成, 未来发展方向应集中在空耦型雷达快速检测、复合变形快速精确测量、高精度地面移动检测、病害智能识别及多源数据融合分析等方面。      

基于道路标线的交通事故现场摄影测量研究

论述了基于普通相机的交通事故现场测量技术基本理论,提出了一种利用道路标线作为标定参考物的新的标定方法,在小波多尺度边缘检测基础上,利用Harris角点提取对图像进行分析处理,对影响摄影测量精度的有关参数进行了简要描述,对一个实际事故现场的部分数据进行了分析,验证了设计的算法。     

一种基于几何约束的轨道提取方法研究

针对基于Hough变换或螺旋曲线模型的视觉轨道检测方法存在的不足,本文提出了一种基于几何约束的轨道提取方法.该方法利用摄像机和轨道平面之间的成像关系近似满足单因矩阵的特点,利用逆透视映射(IPM)将输入图像转换为Bird-view图像,并采用一种改进的边缘检测方法进行边缘检测.然后将二值化的边缘图像在垂直方向上分割为多个区段,在每个区段上,利用先验知识生成的系列模板图像,对分段IPM图像进行去噪处理和Chamfer距离变换后进行距离匹配检测,将轨道检测转换为一个二维匹配搜索过程.在分段检测结果的基础上,进一步利用曲线拟合得到边缘图像中完整的轨道曲线方程.该曲线方程通过已知的单因矩阵转换为原始图像中的曲线描述,实现在原始图像中的检测和定位.实验验证了所提方法的可行性和可靠性.     

用于交通安全研究的单目图像测量技术

本文介绍了利用单目图像进行量测的技术以及在交通安全研究中的应用,主要是利用仿射变换和透视变换的基本原理,无需标定照相机的内外方位参数,通过确定图像水平面消失线在图像中的位置,根据已知的高程计算出照相机的高度,在此基础上建立计算机辅助量测系统,然后从照片中获取交通安全研究中需要的高程数据．     

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

钢轨磨耗直接影响铁路运行安全，为了替代目前手工测量方式，提高测量精度和效率，研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量. 首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计，然后采用平面标定法对测量头进行精确标定，获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系，将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓；利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据，采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并，其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取；最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准，将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比，获取钢轨磨耗值；将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验. 研究结果表明:该测量系统标定精度可达4.922 × 10?3 mm，测量速度可达21.6 km/h，与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm，对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm，该测量精度满足公务要求，提高了测量效率，便于铁路测量数字化管理.      

Camera calibration with 1D rotating objects

In this paper, we use 1D rotating objects to calibrate camera. The calibration object has three collinear points. It is not necessary for the object to rotate around one of its endpoints as before; instead, it rotates around the middle point in a plane. In this instance, we can use two calibration constraints to compute the intrinsic parameters of a camera. In addition, when the 1D object moves in a plane randomly, the proposed technique remains valid to compute the intrinsic parameters of a camera. Experiments with simulated data as well as with real images show that our technique is accurate and robust.     

声辐射阻抗传感器的原理设计与标定方法研究

声辐射阻抗是声优化设计中的关键设计变量,但目前尚未有成熟商用传感器面市,各种测量方法皆处于实验室研究阶段,文中研究了实验测定声辐射阻抗的基本原理,推导了用可测量——声压表达的声辐射阻抗计算公式.根据理论要求选择了实验中用以近似点声源腔的扬声器和测量结构表面及扬声器内声压的声压传感器.设计了校正腔来校准两声压传感器的相位差,选取了信号采集设备并搭建了实验系统,进行了标定实验.根据标定实验所获得的数据,通过信号后处理,得出了两声压传感器之间的相位-频率关系曲线.