一种基于线结构光传感器的圆位姿测量方法 被引量：13

1

作者 李志宇 林嘉睿 +1 位作者 孙岩标 邾继贵 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第15期99-108,共10页

对零件上圆形特征的测量是工业制造中质量控制和自动化加工的重要方面。针对基于计算机视觉原理测量空间圆位姿适应性弱、鲁棒性不强的问题,研究了一种基于线结构光传感器的测量方法。根据图像上椭圆以及空间圆对应的两个二次曲面方程... 对零件上圆形特征的测量是工业制造中质量控制和自动化加工的重要方面。针对基于计算机视觉原理测量空间圆位姿适应性弱、鲁棒性不强的问题,研究了一种基于线结构光传感器的测量方法。根据图像上椭圆以及空间圆对应的两个二次曲面方程之间的转换关系,求取圆孔法向矢量,该过程需要借助一个虚拟锥面构建中间曲面转换矩阵;进而结合法向矢量和激光线与圆周两个交点的三维坐标数据构建圆孔平面,利用共线方程即可得到圆孔的孔心坐标和半径。对该测量方法进行实验验证,结果表明:在线结构光传感器与空间圆的各种姿态下,圆孔半径在2~4 mm范围内,法向矢量平均误差为0.3°、半径平均误差为0.02 mm、孔心坐标平均误差为0.02 mm。在对比实验中,该方法对于半径为3.054 mm的圆孔,半径最大误差为0.04 mm,旧方法误差极值为0.23 mm。从而验证了该方法在各种场景下测量结果均能达到较高的精度,工作环境适应广,鲁棒性较强。 展开更多

关键词 测量 视觉测量 线结构光传感器 圆位姿 鲁棒性 误差分析

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多核计算环境下的LiDAR数据DEM内插方法研究 被引量：5

2

作者 黄先锋 孙岩标 +1 位作者 张帆 范诗玥 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2011年第1期1-6,共6页

为了分析并提高在多核计算环境下大数据量激光雷达数据内插DEM效率问题,利用多线程技术,设计了在多核计算环境下DEM分块内插并行算法,讨论了并行算法的流程和技术要点,并实验分析了分块大小和搜索半径对并行算法的加速比影响。实验表明... 为了分析并提高在多核计算环境下大数据量激光雷达数据内插DEM效率问题,利用多线程技术,设计了在多核计算环境下DEM分块内插并行算法,讨论了并行算法的流程和技术要点,并实验分析了分块大小和搜索半径对并行算法的加速比影响。实验表明:在分块较小时,加速比与核数具有线性增长关系;而内插搜索半径越大,加速比越小,但影响不十分显著。总体上,多核并行算法一定程度上提高了DEM内插效率,但是会受到计算机内存速度的限制。 展开更多

关键词 数字高程模型内插 多核 并行处理 机载激光雷达

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基于平面点云配准与相对位姿控制的工业件装配方法

3

作者 魏博言 杜弘志 +2 位作者 张瀛 任永杰 孙岩标 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第4期262-270,共9页

针对传统装配方法面向平面弱几何轮廓结构的工件装配任务表现出的数据配准成功率低、位姿控制精度不足的问题,提出一种基于平面点云配准与相对位姿控制的工业件装配方法。首先通过双目结构光传感器重建出工件点云信息,应用RANSAC-ICP算... 针对传统装配方法面向平面弱几何轮廓结构的工件装配任务表现出的数据配准成功率低、位姿控制精度不足的问题,提出一种基于平面点云配准与相对位姿控制的工业件装配方法。首先通过双目结构光传感器重建出工件点云信息,应用RANSAC-ICP算法对重建结果进行配准,并结合平面法向量特征与最大距离关系进行纠正,从而实现精准点云配准。然后,提出基于相对位姿关系的机械臂控制方法,省略了对工具坐标系的标定,直接利用相对位姿控制机械臂运动,并将相对位姿误差结果作为控制系统误差的评价标准,从而实现可靠装配。最后,在真实测试场景下使用大型工业机械臂进行实验。结果表明,所提方法较传统装配方法装配成功率提升85个百分点,自动化装配精度优于0.5 mm,即该方法可以有效解决平面工件装配问题。 展开更多

关键词 机器视觉 点云配准 机械臂 装配 工业场景 相对位姿估计

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基于工业反光特征的高精度视觉SLAM方法

4

作者 郭朝 杨泽 +2 位作者 任永杰 孙岩标 邾继贵 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期85-96,共12页

针对现有基于自然特征的视觉即时定位与地图构建(SLAM)精度无法满足工业级高精度测量定位需求的问题,提出一种基于工业反光特征的高精度实时视觉SLAM方法,将工业摄影测量使用的高反光特征引入到非结构化工厂场景中,利用图优化理论来实... 针对现有基于自然特征的视觉即时定位与地图构建(SLAM)精度无法满足工业级高精度测量定位需求的问题,提出一种基于工业反光特征的高精度实时视觉SLAM方法,将工业摄影测量使用的高反光特征引入到非结构化工厂场景中,利用图优化理论来实现基于反光特征的实时高精度定位测量。先利用关键帧图像网络优化方法快速计算地图精确点坐标,再基于全局地图与辅助惯性里程计信息实时求解相机高精度六自由度位姿,最后将位姿测量结果与真值进行比较。实验结果表明,在缺少自然特征的场景中,反光特征的引入使得ORB-SLAM3算法的定位精度提高了74.5%。同时本文方法相较于采用反光特征的ORB-SLAM3、PnP算法在定位精度上平均提升了66.72%、12.93%。实验结果的绝对轨迹误差均小于2 mm,平均误差为1.5 mm,相对姿态误差则小于0.03°,实现了非结构化工业环境下的高精度实时定位。 展开更多

关键词 测量 反光特征 关键帧图像网络优化 全局信息辅助 视觉惯性实时定位

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双目面结构光三重扫描测量系统温漂补偿方法

5

作者 杨濠铭 孙子杰 +1 位作者 孙岩标 邾继贵 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期213-224,共12页

双目面结构光三重扫描是在条纹投影双目视觉重建的基础上,追加左、右相机与投影仪构成的单目视觉系统重建点云,在反光和凹凸起伏等表面测量应用上具有更好的点云完整性优势。但由于环境温度变化影响,投影仪产生较大温度漂移,导致双目重... 双目面结构光三重扫描是在条纹投影双目视觉重建的基础上,追加左、右相机与投影仪构成的单目视觉系统重建点云,在反光和凹凸起伏等表面测量应用上具有更好的点云完整性优势。但由于环境温度变化影响,投影仪产生较大温度漂移,导致双目重建点云与单目重建点云发生“分层”现象。为此,文中提出了一种基于正交条纹投影的三重扫描系统温漂在线补偿方法,通过投影仪投射正交条纹来构建双目重建点在投影仪图像中准确的映射关系,并基于双目重建点在投影仪图像中的重投影误差最小化目标函数来求解温漂补偿后的投影仪最优外参数。最后,以金属球和汽车零件作为被测对象进行实验验证,在不依靠标定板等先验信息及繁琐标定流程基础上,所提在线快速补偿方法可以使得双目点云与单目点云温漂量分别减小78.2%和94.3%,极大减轻了温度变化对于三重扫描点云数据拼接影响。 展开更多

关键词 三重扫描 投影仪 正交条纹 温漂补偿

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基于关键点距离表征网络的物体位姿估计方法 被引量：1

6

作者 夏梦 杜弘志 +2 位作者 林嘉睿 孙岩标 邾继贵 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第16期306-314,共9页

提出一种新型的关键点距离表征学习网络,该网络利用位姿变换过程的几何不变性信息,在网络中引入距离量的估计,进而推导出稳健关键点,以此来提升基于深度学习的六自由度物体位姿估计方法的精度。所提方法包含两个阶段。首先,设计了关键... 提出一种新型的关键点距离表征学习网络,该网络利用位姿变换过程的几何不变性信息,在网络中引入距离量的估计,进而推导出稳健关键点,以此来提升基于深度学习的六自由度物体位姿估计方法的精度。所提方法包含两个阶段。首先,设计了关键点距离表征网络,通过一种骨干网络模块和特征融合结构实现RGB-D图像特征提取,并结合多层感知机预测物体逐点相对于关键点的距离量、语义和置信度。其次,根据可视点投票法及四点距离定位法,利用网络输出的多维信息推理计算关键点坐标,并最终通过最小二乘拟合算法得到物体位姿。为了证明所提方法的有效性,在公开数据集LineMOD和YCB-Video上进行了测试,实验结果表明,所提方法相比于原PSPNet框架中的ResNet参数量减少一半且精度有所提升,在两个数据集上精度分别提升了1.1个百分点和5.8个百分点。 展开更多

关键词 机器视觉 六自由度位姿估计 深度学习 关键点距离表征网络 特征提取

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极坐标数字摄影测量理论与空间信息坐标体系初探 被引量：5

7

作者 晏磊 陈瑞 孙岩标 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期705-721,共17页

空间信息获取手段的多样性与数据处理的严密数学法则约束不变性,是航空航天新技术发展伴生的新矛盾。例如推扫式、变角摆头凝视、变焦距成像,航空平台动姿态、大角度飞行,高重叠、短基线效应,给处理收敛性、效率、精度、抗干扰性等带来... 空间信息获取手段的多样性与数据处理的严密数学法则约束不变性,是航空航天新技术发展伴生的新矛盾。例如推扫式、变角摆头凝视、变焦距成像,航空平台动姿态、大角度飞行,高重叠、短基线效应,给处理收敛性、效率、精度、抗干扰性等带来挑战。为此基于仿生机器视差角原理和航空航天平台到地面成像的锥体投影本质,引入极坐标数学表达。文章探求了高分辨率影像稀疏性特征及病态奇异性和非收敛性破解方法,建立了一套视差角矢量极坐标处理数学模型,初步形成了极坐标理论;该方法在近景摄影测量与自由网光束法平差模型中,精度、效率、抗干扰性均有数量级提高,并在国际公开源代码3年以上,应用良好;在航空摄影测量及绝对网平差模型试验中进行了有效性验证,初步证明性能优于直角坐标处理方法;最后,给出多种应用、航天平台动姿态高阶解算特征,可望为航空航天多尺度全姿态空间信息(获取-组织-管理-存储-处理-应用)极坐标新体系构建奠定基础。 展开更多

关键词 仿生机器视觉 智能摄影测量 极坐标矢量 空间信息 病态奇异 收敛精度

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基于扫摆式多相机跟踪的六自由度测量方法 被引量：1

8

作者 曹首钦 孙子杰 +2 位作者 杨泽 孙岩标 邾继贵 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第3期289-297,共9页

目前视觉测量技术针对工业目标的六自由度测量,存在难以兼顾测量效率、精度与范围的问题。为此,本文提出了一种基于扫摆式多相机跟踪的六自由度测量方法,通过同站位不同角度多图像观测联合构成大尺寸坐标计算的冗余约束量,来实现高效率... 目前视觉测量技术针对工业目标的六自由度测量,存在难以兼顾测量效率、精度与范围的问题。为此,本文提出了一种基于扫摆式多相机跟踪的六自由度测量方法,通过同站位不同角度多图像观测联合构成大尺寸坐标计算的冗余约束量,来实现高效率、高精度、大范围位姿测量。首先,提出相机旋转扫摆运动模型,快速估计相机位姿,并作为先验信息进行图像匹配与空间后方交会,得到精确相机位姿,进行空间前方交会;然后,提出了基于像点平差的位姿估计方法,直接利用物体移动前后的像点信息作为观测值,进行物体位姿的最优化估计。实验结果表明,测量效率提高了4倍,单点精度的最大误差不超过0.2 mm,姿态精度的最大误差不超过0.043°,证实提出方法能有效测量物体的六自由度位姿,一定程度上平衡了测量效率、精度与范围的矛盾。 展开更多

关键词 视觉测量 六自由度测量 罗德里格斯公式 光束法平差 扫摆式运动

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三维摄影条件下视差角光束法平差模型的适用性研究 被引量：1

9

作者 左正康 晏磊 +6 位作者 孙岩标 赵红颖 张瑞华 孙嘉玉 刘思远 王强 孙逸渊 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期445-455,共11页

为了论证视差角光束法平差模型在短基线摄影条件下的适用性,将视差角光束法平差(PBA)模型中基于二维假设的数学证明扩展到三维,研究视差角参数对观测噪声的敏感性、法方程奇异性以及线性化程度,并基于2.11×10^(-8)~2.11×10^(-... 为了论证视差角光束法平差模型在短基线摄影条件下的适用性,将视差角光束法平差(PBA)模型中基于二维假设的数学证明扩展到三维,研究视差角参数对观测噪声的敏感性、法方程奇异性以及线性化程度,并基于2.11×10^(-8)~2.11×10^(-12)弧度的小交会角的短基线摄影条件进行仿真和真实实验。理论分析和实验结果表明,目前的PBA模型仅适用于二维摄影,不能解决三维摄影条件下短基线的平差问题。 展开更多

关键词 短基线 视差角光束法平差 三维摄影条件 数学证明

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基于门控循环单元的立体匹配方法研究 被引量：3

10

作者 杜弘志 张腾 +2 位作者 孙岩标 杨凌辉 邾继贵 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第14期379-386,共8页

基于三维卷积神经网络(3DCNN)结构的深度学习立体匹配方法是目前实现高精度视差结果的重要手段,其核心是以高计算成本来换取匹配的精确性。为了实现低计算成本的立体匹配方法,提出一种基于门控循环单元网络的立体匹配方法。所提方法采... 基于三维卷积神经网络(3DCNN)结构的深度学习立体匹配方法是目前实现高精度视差结果的重要手段,其核心是以高计算成本来换取匹配的精确性。为了实现低计算成本的立体匹配方法,提出一种基于门控循环单元网络的立体匹配方法。所提方法采用门控循环单元结构来代替三维卷积实现代价聚合,基于循环结构特性来减少网络所需的计算资源。同时,为了保证门控循环单元方法在弱纹理与遮挡区域的视差估计精度,通过“编码-解码”结构来增强网络在三维匹配代价空间中的感受野,以残差连接的方式对多尺度下的匹配代价进行有效融合。在实验验证过程中,利用KITTI2015和Scene Flow数据集进行方法性能验证。实验结果证明,所提匹配方法的精度与三维卷积立体匹配方法接近,但是显存消耗降低45%,运行时间减少18%,极大降低了立体视觉匹配的计算成本。 展开更多

关键词 机器视觉 立体匹配 深度学习 循环神经网络 门控循环单元

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基于多相机跟踪定位的大尺寸形貌测量方法及性能评估 被引量：1

11

作者 王敏诚 杨泽 +1 位作者 孙岩标 任永杰 《自动化与仪器仪表》 2022年第1期12-17,共6页

高精度、高完备性的三维形貌测量是精密智能制造与检测的关键技术,但现有的形貌测量传感相对较小的测量范围无法满足大尺寸测量任务要求,为此设计了一种基于多相机跟踪定位技术的大尺寸形貌测量方法,并对其精度和稳定性的性能参数进行... 高精度、高完备性的三维形貌测量是精密智能制造与检测的关键技术,但现有的形貌测量传感相对较小的测量范围无法满足大尺寸测量任务要求,为此设计了一种基于多相机跟踪定位技术的大尺寸形貌测量方法,并对其精度和稳定性的性能参数进行评估分析。首先,由基于光栅投影原理的结构光传感器(蓝光扫描仪)获取位于局部坐标系下的待测对象三维点云数据;其次,由固定于蓝光传感器周围的九个相机在线获取蓝光传感器的全局位姿信息;最后,通过蓝光与多相机手眼标定来实现三维数据从局部到全局拼接整合。实验过程中,从拼接后的点云数据中提取被测球的球心坐标并与跟踪仪数据进行精度及稳定性评价;重点分析了机械臂的示教器慢速和自动全速模式的两种运动模式下的测量性能。研究将有助于提高对多相机测量现场在线测量性能认识,为大尺寸坐标测量研究提供重要技术支持。 展开更多

关键词 工业机器人 结构光 形貌测量 点云拼接 坐标变换

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融合深度学习与结构分析的工业件抓取方法研究 被引量：1

12

作者 张腾 杜弘志 +1 位作者 孙岩标 任永杰 《自动化与仪器仪表》 2022年第3期11-15,21,共6页

基于多源异构大数据驱动的目标位姿估计学习方法无需事先获取目标物的结构形状特征,在通用性、泛化性和灵活性上有着明显优势,因此基于深度学习的日常物体抓取的端到端方法被大量提出并被广泛应用。但是,相比于传统结构分析方法,深度学... 基于多源异构大数据驱动的目标位姿估计学习方法无需事先获取目标物的结构形状特征,在通用性、泛化性和灵活性上有着明显优势,因此基于深度学习的日常物体抓取的端到端方法被大量提出并被广泛应用。但是,相比于传统结构分析方法,深度学习方法缺乏与抓取目标物体的精细感知与交互,抓取位姿精度普遍不高,无法适应于高精度工业件抓取;为此,提出一种融合深度学习和结构分析的抓取方法,在保持神经网络泛化性的基础上大幅提高抓取精度与稳定性,解决在堆叠密集、纹理相近、复杂外形的工业件抓取任务中伴随的不准、不稳和干涉问题。该方法通过深度相机获取物体的纹理和深度信息,通过一种新设计的神经网络来预测粗略的抓点位置、抓取角度和抓取宽度,再进一步结合深度信息,通过结构计算方法矫正抓取的角度、宽度来提高抓取精度,进而使本方法能够在零件摆放密集,空隙稀少的环境中提高抓取的成功率。最后,在未经训练过的测试场景下使用大型机械臂进行实验,证明了该方法可以在物体密集摆放的环境下拥有较高的抓取成功率和较快的响应速度。 展开更多

关键词 神经网络 机械臂 抓取 计算机视觉 工业场景

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基于局部到全局优化策略的倾斜影像定向方法 被引量：1

13

作者 叶培根 杨泽 +1 位作者 孙岩标 邾继贵 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第14期126-136,共11页

作为影像位姿解算的传统方法,光束平差法已被广泛应用于倾斜航空影像定向任务;但其高度依赖良好初值的限制条件,导致在导航系统缺失或者导航精度有限的飞行任务中常发生收敛缓慢或收敛失败的问题。因此,为了在初值质量不佳或缺失的情况... 作为影像位姿解算的传统方法,光束平差法已被广泛应用于倾斜航空影像定向任务;但其高度依赖良好初值的限制条件,导致在导航系统缺失或者导航精度有限的飞行任务中常发生收敛缓慢或收敛失败的问题。因此,为了在初值质量不佳或缺失的情况下进行有效迭代,提出了一种基于局部到全局优化策略的倾斜图像定向方法来提高优化迭代解算的鲁棒性。所提方法首先根据最大重叠原则来构建"局部地图"(由1个正视图像和4个斜视图像构成),然后通过优化这些局部地图来形成"全局地图"。在局部地图中,图像同名点用作约束优化的观测值,以此来获取每个局部地图的未知参数和对应的权值矩阵(信息矩阵)。在全局地图中,局部地图的变量估计值及相应的权值矩阵一起构成全局优化问题的观测量和权值。通过一组大型仿真数据集和一组小型国际上公测的真实数据集,对所提方法进行了测试。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法在精度不丢失的前提条件下,收敛速度和收敛性更优。 展开更多

关键词 机器视觉 倾斜摄影测量 图像定向 光束平差 最小二乘估计 全局优化

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一种立体相位偏折测量系统标定方法 被引量：1

14

作者 刘方明 林嘉睿 +1 位作者 孙岩标 邾继贵 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第5期128-135,共8页

相位偏折测量系统的标定是影响其测量精度的重要因素。针对立体相位偏折测量系统中显示屏和相机位姿关系标定困难的问题,研究了一种新的系统标定方法。通过在显示屏上构造特征点,引入摄影测量系统作为显示屏坐标系与相机坐标系的转换中... 相位偏折测量系统的标定是影响其测量精度的重要因素。针对立体相位偏折测量系统中显示屏和相机位姿关系标定困难的问题,研究了一种新的系统标定方法。通过在显示屏上构造特征点,引入摄影测量系统作为显示屏坐标系与相机坐标系的转换中介,实现了显示屏坐标系与相机坐标系转换关系的高精度标定。搭建立体偏折系统进行标定精度验证,得到的重建表面平面度结果小于1μm,这证明了本标定方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 测量 标定 相位偏折术 立体视觉 镜面物体 摄影测量

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