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| 1 | 一种线结构光视觉传感器标定方法显示文摘在线结构光视觉传感器的标定中,结构光光平面上三维世界标定点的获取一直是一个难题。主要是因为靶 标上已知的三维世界点很难恰好位于结构光光平面上。针对这个问题,提出了一种基于双重交比不变的线结构光 视觉传感器的标定方法,设计了相应的标定靶标。利用双重交比不变性,可以获取光平面上任意数量的高精度的 三维标定点,从而解决了线结构光视觉传感器三维标定点不易获取且数量少的问题,提高了线结构光视觉传感器 的标定精度。试验结果表明该方法可以满足大型工件的结构光三维视觉检测精度的要求。 | 魏振忠 张广军 徐园 | 2005 | 机械工程学报2005，41，2： | 48 |
| 2 | 一种高精度线结构光视觉传感器现场标定方法显示文摘针对现有线结构光视觉传感器标定方法存在的局限性,提出一种不需要求解光平面标定点的标定方法。根据光条图像求解平面靶标上光条在摄像机坐标系下的Plücker矩阵。在视觉传感器前合适位置将平面靶标摆放多次,联立所有光条空间直线的Plücker矩阵,求解光平面在摄像机坐标系的平面方程。最后通过非线性优化方法得到光平面方程在最大似然准则下的最优解。在标定过程中,所有光条点都参与光平面参数的计算过程,因此该方法标定结果精度高、稳健性强。实验证明,与现有方法相比该方法标定精度提高30%左右。 | 刘震 张广军 魏振忠 江洁 | 2009 | 光学学报2009，29，11： | 45 |
| 3 | 基于柔性立体靶标的摄像机标定显示文摘针对大视场摄像机标定中,大尺寸靶标加工困难,小尺寸靶标标定精度不高等问题,提出一种基于柔性立体靶标的摄像机标定方法。柔性立体靶标是由多个小平面靶标(又称子靶标)灵活组合的一种靶标形式,将多个小的子靶标摆放在视场周边,以其中1个子靶标坐标系为基础建立柔性立体靶标坐标系。以子靶标之间位置关系不变为约束条件,将各子靶标特征点的局部坐标统一到柔性立体靶标坐标系下,建立以重投影误差为最小的目标函数,采用非线性优化方法得到摄像机参数的最优解。仿真和实验证明采用柔性立体靶标可以达到与相同靶标区域大小的大平面靶标相当的标定结果。 | 孙军华 刘震 张广军 魏振忠 江洁 | 2009 | 光学学报2009，29，12： | 37 |
| 4 | 三维视觉测量技术及应用进展显示文摘三维视觉测量是计算机视觉与精密测量原理交叉融合的前沿高新技术,是工业4.0的基础支撑,是以网络化、智能化制造为变革特征的先进制造业的核心关键技术。经过几十年的发展,三维视觉测量技术在基础研究和应用研究上均获得了快速深入发展,形成了理论方法、技术工艺、系统研发和产品应用四位一体较为完备的方向体系,呈现出理论系统化、方法多维化、精度精准化和速度快捷化的发展趋势,成为智能制造过程控制、产品质量检验保证和装备整机服役测试的不可或缺的优选技术。本文主要围绕单相机、双相机和结构光等典型三维视觉测量技术展开论述,概要介绍其关键技术内涵,综述其发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势。重点论述条纹投影三维测量技术和相位测量偏折术。最后给出了三维视觉测量的发展趋势与未来展望。 | 张宗华 刘巍 刘国栋 宋丽梅 屈玉福 李旭东 魏振忠 | 2021 | 中国图象图形学报2021，26，6： | 36 |
| 5 | 一种光斑图像中心的亚像素提取方法显示文摘针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题,本文提出一种亚像素提取方法。该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型,证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性。通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析,获得Hessian矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件,再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开,并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点。与现有经典方法的对比仿真实验结果表明,该算法具有更高精度和更好的鲁棒性,可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取。 | 魏振忠 高明 张广军 刘震 | 2009 | 光电工程2009，36，4： | 31 |
| 6 | 机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的快速转换方法显示文摘针对机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换问题,提出一种机器人单轴旋转运动与自身读数相结合的方法。将靶标球安装在机器人末端,用激光跟踪仪实时测量球心坐标,对机器人单轴转动产生的圆弧轨迹进行空间圆拟合,由三个空间圆的单位法向量可得到旋转矩阵。再求取球心初始位置相对于机器人默认工具点的坐标偏移量,便可反推机器人坐标系原点在激光跟踪仪坐标系下的坐标,即平移向量。实验结果表明,转换后空间点X、Y、Z坐标的RMS误差分别为0.216 mm、0.111 mm、0.157 mm。 | 张博 魏振忠 张广军 | 2010 | 仪器仪表学报2010，31，9： | 34 |
| 7 | 透视投影变换中椭圆中心畸变误差模型及其仿真研究显示文摘针对在三维视觉检测应用中 ,空间椭圆中心的透视投影变换存在畸变误差的问题进行了研究。基于透视投影变换和空间解析几何理论 ,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型 ,并进行了仿真研究 ,获得了该畸变误差的变化规律 ,从而为圆孔 (椭圆孔 )或圆柱 (椭圆柱 )类工件的中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用及视觉检测中的 CCD摄像机内部参数标定等问题的有效解决 ,提供了一个有效的理论依据 。 | 魏振忠 张广军 | 2003 | 仪器仪表学报2003，24，2： | 31 |
| 8 | 基于未知运动一维靶标的双目视觉传感器标定显示文摘分析了双目视觉传感器的测量数学模型,提出了一种基于自由移动的一维靶标的双目视觉传感器标定方法。当传感器安装完成后,由两个摄像机拍摄自由移动的一维靶标多幅图像,利用靶标上特征点的图像坐标和两个特征点之间的距离约束,采用非线性优化技术估计双目视觉传感器的结构参数。该方法操作简单,不需要给定传感器的初始参数,标定状态与测量状态完全相同,减小了传感器安装对标定参数的影响。试验结果表明,该标定方法切实可行,在200mm×200 mm测量范围内,可以达到0.03 mm的测量精度。 | 周富强 张广军 魏振忠 江洁 | 2006 | 机械工程学报2006，42，6： | 21 |
| 9 | 大型自由曲面移动式三维视觉测量系统显示文摘本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统,用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式,并结合编码结构光技术,使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介,建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数,根据靶标上多个特征点求解出该矩阵,即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量,并进行拼接。结果表明,该测量系统操作简单,适用范围广;x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0.038 mm0、.022 mm和0.135 mm。 | 孙军华 张广军 魏振忠 周富强 | 2006 | 仪器仪表学报2006，27，12： | 19 |
| 10 | 结构光直光条中心线的鲁棒性自动提取方法显示文摘针对在结构光视觉检测中光条存在严重反射 ,使得光条图像的中心线难以准确提取的问题 ,提出了一种由腐蚀、细化和最小中值二乘法相结合的结构光直光条中心线的鲁棒性自动提取方法。经实验测试 ,该方法克服了反射的影响 ,较准确地提取了直光条的中心线 ,重复性测试误差小 ,提取时间少于 2 s,能够满足线结构光标定及工业视觉检测在线测量的要求。 | 魏振忠 张广军 | 2004 | 仪器仪表学报2004，25，2： | 19 |
| 11 | 双机器人系统的快速手眼标定方法显示文摘针对双机器人仿真测量系统的手眼标定问题,提出一种由机器视觉求解法兰盘位姿得出手眼关系的方法。将目标机器人运动到合适的位姿,由视觉机器人拍摄其法兰盘图像,提取图像中法兰盘的椭圆轮廓,解算摄像机坐标系下的法兰盘姿态和圆心坐标,并由销孔位置约束得出摄像机与目标法兰盘坐标系的转换关系H1。然后由控制器读数得出两台机器人各自法兰盘坐标系与基坐标系间的转换关系H2,H4,并由机器人单轴旋转运动得出双机器人基坐标系转换关系H3,由此形成闭环得出机器人手眼关系HCG。将法兰盘运动到共面的多个不同位置分别拍摄图像,通过图像融合来提高标定精度。实验结果表明,单位置标定和多位置图像融合标定的精度分别为0.345°和0.187°,满足双机器人视觉仿真测量系统的精度要求。 | 魏振忠 张博 张广军 | 2011 | 光学精密工程2011，19，8： | 19 |
| 12 | 光笔式大视场三维视觉测量系统显示文摘针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统。基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算。应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定。研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7 m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm。实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路。 | 冯萍 魏振忠 | 2013 | 光学精密工程2013，21，9： | 18 |
| 13 | 激光跟踪视觉导引测量系统的全局校准方法显示文摘针对柔性装配中现有激光跟踪测量系统存在效率低、成本高、自动化程度低等问题,提出用单目视觉系统联合激光跟踪仪实现大尺寸组合式自主导引测量。为实现该系统的全局校准,提出了一种新的基于平面的全局校准方法,该方法通过获取靶标平面分别在视觉系统和激光跟踪仪坐标系中的平面方程,求解两坐标系间转换矩阵,完成系统全局校准。建立了数学模型,进行了算法仿真和全局校准实验。实验中测量30个不同位姿的平面靶标,并进行全局校准。结果表明,该方法操作简单,稳定性强,有实际应用价值,校准后平面法向量夹角、原点到平面距离的RMS误差分别为0.13°和1.50mm。 | 魏振忠 孙文 张广军 任少盟 | 2009 | 仪器仪表学报2009，30，11： | 16 |
| 14 | 空间圆姿态识别二义性的角度约束消除显示文摘为了消除视觉测量中单个圆姿态识别中存在二义性的问题,提出了一种基于空间角度约束消除二义性的方法,并且对姿态求解算法进行了误差分析,为准确进行姿态估算给出了指导性的实验结果。在摄像机已标定的前提下,根据圆特征在图像上的投影椭圆曲线确定了圆心位置和圆平面姿态参数,计算结果存在二义性;利用欧式空间中的角度不变量,识别出圆平面的真实姿态参数,同时确定圆心的真实位置;最后,根据误差传播理论对基于单圆特征的位姿估计算法进行了精度分析。实验结果表明,圆平面姿态角的测量绝对误差在0.2°以内,圆心的定位误差为0.5%,根据圆平面的位姿参数计算的共面直线的距离误差为0.8%。该方法能够准确地识别圆平面的位置和姿态,计算过程简单,结果稳定可靠且具有较高的精度。 | 魏振忠 赵征 张广军 | 2010 | 光学精密工程2010，18，3： | 16 |
| 15 | 基于BP神经网络的结构光三维视觉检测方法研究显示文摘本文基于反向传播神经网络对结构光三维视觉检测方法进行了研究。首先介绍了结构光三维视觉检测原理 ,并对 BP算法的基本原理进行了阐述。在此基础上较详细地提出了用于神经网络训练和测试的样本点的空间坐标和图像坐标的样本数据获取方法以及光电瞄准装置的结构设计 ,最后利用样本数据对 BP神经网络进行了训练和测试 ,最佳 BP神经网络的训练精度为 0 .0 85m m,测试精度为 0 .13 2 mm。 | 张广军 魏振忠 孙志武 李鑫 | 2002 | 仪器仪表学报2002，23，1： | 14 |
| 16 | 一种高密度光栅结构光编码方法显示文摘针对光栅结构光传感器三维测量过程中光条识别问题,提出一种新的金字塔子光栅投射法结构光编码方法。该方法把高密度光栅逐级细分为若干个可容易识别的子光栅,用空间二分编码方法分别对每个子光栅进行编码,并详细介绍了确定光条点码值的方法。把该编码方法应用于光栅结构光传感器中,实现了维纳斯雕像的三维测量,并给出了三维重建结果。结果表明,该编码方法误码率仅为0.75%,特别适用于物体三维轮廓致密测量。 | 孙军华 魏振忠 张广军 | 2006 | 光电工程2006，33，7： | 13 |
| 17 | 基于扩展Kalman预测模型的双目立体视觉图像特征点跟踪方法显示文摘针对双目立体视觉动态测量中图像特征点快速跟踪问题,提出了一种利用Kalman预测模型进行图像点跟踪的方法。该方法以图像特征点坐标值为观测向量,将坐标值和图像特征点运动速度作为状态向量,首先建立了线性Kalman预测递推模型,在此基础上引入了极线约束条件,进一步建立了图像特征点非线性扩展Kalman预测递推模型。实验表明该方法得到的特征点的预测轨迹和真实轨迹符合度好,预测精度高、速度快、通用性强。 | 任少盟 魏振忠 张广军 | 2012 | 电子测量技术2012，35，1： | 13 |
| 18 | 基于单经纬仪的视觉测量三维数据拼接方法显示文摘本文针对大型自由曲面三维视觉测量中的数据拼接问题,建立了经纬仪透视投影模型,提出了以平面靶标为中介坐标系,以经纬仪坐标系为全局坐标系的三维数据拼接方法。在大型自由曲面的若干测量子区域附近放置一个平面靶标,通过视觉传感器拍摄平面靶标上的特征点,求得视觉传感器坐标系到靶标坐标系的变换矩阵;通过经纬仪观测靶标上的特征点,求得靶标坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。因此,可求得视觉传感器坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。将视觉传感器所测得的各子区域的三维数据统一到了经纬仪坐标系下,即完成了大型自由曲面的全局测量。经实验验证,数据拼接的RMS误差小于0.487mm。 | 张广军 孙军华 魏振忠 周富强 | 2007 | 仪器仪表学报2007，28，3： | 13 |
| 19 | 多视觉检测系统的世界坐标唯一全局标定方法显示文摘提出一种世界坐标唯一全局标定方法,以双电子经纬仪三维测量系统为总体测量坐标系,在现场直接获得多视觉检测系统中各个视觉传感器在此测量坐标系下的特征点作为标定点,从而一次实现全部传感器的全局统一(标定),无需任何中间坐标系的转换环节,只有唯一的双经纬仪三维测量坐标系,坐标转换环节少,标定过程简单.对双经纬仪三维测量系统的像坐标和物坐标测量精度进行了分析,给出了实际测量中经纬仪获得较高测量精度时的取点范围,针对一实际的结构光多视觉检测系统进行了标定实验,获得了RMS(RootMeanSquare)误差不超过0.24mm的标定精度. | 张广军 魏振忠 | 2006 | 北京航空航天大学学报2006，32，11： | 13 |
| 20 | 视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究显示文摘针对在三维视觉检测应用中 ,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究 .基于透视投影变换和空间解析几何理论 ,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型 ,从而为圆孔 (椭圆孔 )或圆柱 (椭圆柱 )类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据 。 | 魏振忠 张广军 | 2003 | 北京航空航天大学学报2003，29，2： | 13 |
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