单目相机-轮式里程计的自动内外参标定算法

本文提出了一种新的单目相机和轮式里程计系统的内、外参标定方法。不同于目前单独标定内外参的方法,本文方法能在一个平台上同时标定内参和外参。平台包含4个棋盘格,其中3个棋盘格基于优化理论标定内参,第4个棋盘用于标定外参。基于该平台,相机-里程计系统只需对3个棋盘格拍摄一次进行内参标定,然后沿直线行走,连续拍摄第4个棋盘格完成外参初始标定,最后根据最小二乘优化外参。通过使用扫地机器人采集的真实数据集进行测试,证明了该方法能精确完成内参的标定并自动评估标定质量,具有有效性和优越性。     

利用多个小棋盘的大视场相机标定方法

为了实现高精度的相机标定,一般要求标定物的尺寸能够布满整个相机视场,而大的标定物不但制作、移动过程复杂,而且灵活性差的同时还会遮挡场景中的有用信息。本文提出了一种基于多个小棋盘的大视场相机标定方法,能兼顾相机标定的精度和灵活性。首先在场景靠近边缘的4个角处各放一个小棋盘（摆放姿态不限）,采用待标定的相机从不同角度多次拍摄场景（不少于3次）;然后将4个棋盘经过旋转和平移变换移到以左上角棋盘为基准的平面上构成一个大棋盘;最后建立大棋盘上所有角点的重投影误差函数,以左上角小棋盘的多幅图像的标定结果作为初值,迭代优化误差函数得到标定结果的最终解。模拟和真实数据试验结果表明该方法是可行的,且有较高的精度和灵活性。     

基于黑白环扇圆盘的角点自动识别与排序

采用传统棋盘格进行相机标定时,标定模板旋转角度对角点排序带来较大的影响,针对此设计了一种黑白环扇圆盘标定模板,并提出了与该标定模板相应的角点识别和排序算法。新的标定模板设计中心圆为1/4缺口的黑色圆,以此来消除标定模板旋转给角点排序带来的影响。通过模板区域分割算法实现标定模板的提取;创建圆形检测器剔除Harris算法提取的伪角点;利用向量积和角点几何特性完成角点排序。实验结果表明:该标定模板及其角点识别与排序算法可以有效剔除伪角点,角点排序具有良好的旋转不变性,能够实现自动相机标定。     

行星探测器导航相机着陆后参数标定方法

巡视器导航相机在发射前已完成标定,但在飞抵行星表面开展工作前需经过长时间飞行,其间受到的外力可能导致相机参数发生变化,所以在着陆后需要对导航双目相机重新标定。本文首先介绍了以太阳能电池板为标定板,然后通过Hough变换、聚类思想和最小二乘直线拟合法提取出电池板格网线,根据直线参数重新标定导航双目相机外参的标定方法,最后进行了两项试验。试验1以嫦娥4号影像进行格网线提取试验,并与传统的Hough变换直线提取结果进行比较,本文提取方法更准确;试验2以模拟直线参数进行双目相机外参标定试验,结果说明解算精度较高,方法可行有效。但该相机标定方法将相机内参作为已知值,并单独解算左、右相机外参,下一步将继续研究相机内、外参同时标定的方法和双目相机一步标定的方法。     

高精采集系统激光标定的评测方法

常用的激光标定评价方法是在检校场用同名特征点的距离误差衡量标定质量,选点的误差对高精度激光的标定评测不可忽略。本文提出了利用同名面评测激光的标定精度的方法,用控制点和静态激光建设精度较高的面检校场作为真值,从待评测激光点云中提取同名面,统计被评测激光的同名面和真值面之间的误差,评价激光的标定精度。该激光标定精度评测方法已经应用于高德高精采集车,并投产两年多,点云资料矢量化出的高精地图要素中相对精度优于10 cm的占比达到了98%。     

ToF深度相机标定方法研究进展

目前ToF相机标定多是利用激光反射强度图像并采用张正友棋盘格的标定方法,通过最小化重投影误差对相机参数进行优化.但因图像分辨率的影响,像点坐标的准确提取存在困难,通常包含较大的误差,解算方法对噪声也较为敏感.预期今后的研究将更多地结合距离值信息,并进一步提高像点坐标检测的准确性,优化相机模型,以提升解算方法的稳定性和精度.     

一种用于相机检校的黑白棋盘格角点提取算法

黑白棋盘格作为一种人造平面控制条件,是一种重要的相机标定的参考条件。本文基于其角点的对称性、尺度不变性和领域特性,提出了一种有效的角点提取算法;同时针对格网边缘的特性,提出了双边缘的匹配算法,以提取高精度的角点;使用不同型号的相机、不同棋盘格制设备进行试验表明,本文提出的算法是一种具有很强鲁棒性的黑白棋盘格角点提取算法,可以高精度地定位角点。     

基于平面控制格网的相机标定算法研究

提出了一种基于平面控制格网的相机标定方法。推导了一种简单实用的在平面场景中利用二维直接线性变换和共线方程分解相机外方位元素初值的算法;引入了基于共面条件的约束条件方程,从而建立了基于附加约束条件的自检校光束法平差用于相机的精确标定。实际图像数据实验结果表明该方法同单纯基于标定点的算法相比标定精度明显提高。主点和焦距均达到了子像素的标定精度。检查点的平面和深度方向相对精度优于1/27000和1/38000。可以满足高精度近景三维量测的要求。     

基于时空匹配的车载激光点云与CCD线阵图像的融合

本文给出了一种基于车载的激光点云与线阵CCD相机图像进行数据融合的方法。车载数据采集系统集成了GPS,激光扫描仪,IMU和线阵相机。该方法基于POS的定位定姿数据,利用时间信息和各个传感器的相对空间位置信息建立激光点与CCD相机扫描线之间的对应关系,进而确定CCD扫描线上与该激光点对应的像素。将该像素的颜色属性赋给激光点,可得到具有颜色属性的三维激光点云。最后给出具体融合结果。     

月面巡视探测器导航和全景相机标定方法研究

提出一种基于自检校光束法平差模型的月面巡视探测器导航相机和全景相机的高精度标定算法。详细推导了利用二维直接线性变换模型求解相机参数和像片外方位元素初始值的方法;推导了利用自检校光束法平差模型求解相机参数和像片外方位元素精确值的方法。最后,利用一对工业镜头模拟月面巡视探测器导航相机和全景相机并获取一组实际数据对算法进行试验,验证了算法的精度和可行性。     

单幅图像地理信息提取方法

针对单幅图像难以提取地理信息的问题,该文提出了一种基于场景结构或单一坐标值约束的地理信息提取方法。面向地形起伏不大或结构化场景,基于几何关系约束,该文设计了单幅图像地理信息提取的总体框架。分别针对结构化和非结构化场景,采用场景结构约束、图像EXIF信息等,实现了摄像机内参及部分外参的求解。基于该信息,通过单一坐标值约束,构建了单幅图像地理信息的提取方法。最后,在平面或垂面约束下,对室内外地理场景进行了二、三维地理信息提取实验。结果表明,该方法能够将单幅图像中的特征点、线或面转换为地理空间数据。     

A comparison of dense matching algorithms for scaled surface reconstruction using stereo camera rigs

Photogrammetric methods for dense 3D surface reconstruction are increasingly available to both professional and amateur users who have requirements that span a wide variety of applications. One of the key concerns in choosing an appropriate method is to understand the achievable accuracy and how choices made within the workflow can alter that outcome. In this paper we consider accuracy in two components: the ability to generate a correctly scaled 3D model; and the ability to automatically deliver a high quality data set that provides good agreement to a reference surface. The determination of scale information is particularly important, since a network of images usually only provides angle measurements and thus leads to unscaled geometry. A solution is the introduction of known distances in object space, such as base lines between camera stations or distances between control points. In order to avoid using known object distances, the method presented in this paper exploits a calibrated stereo camera utilizing the calibrated base line information from the camera pair as an observational based geometric constraint. The method provides distance information throughout the object volume by orbiting the object.In order to test the performance of this approach, four topical surface matching methods have been investigated to determine their ability to produce accurate, dense point clouds. The methods include two versions of Semi-Global Matching as well as MicMac and Patch-based Multi-View Stereo (PMVS). These methods are implemented on a set of stereo images captured from four carefully selected objects by using (1) an off-the-shelf low cost 3D camera and (2) a pair of Nikon D700 DSLR cameras rigidly mounted in close proximity to each other. Inter-comparisons demonstrate the subtle differences between each of these permutations. The point clouds are also compared to a dataset obtained with a Nikon MMD laser scanner. Finally, the established process of achieving accurate point clouds from images and known object space distances are compared with the presented strategies.Results from the matching demonstrate that if a good imaging network is provided, using a stereo camera and bundle adjustment with geometric constraints can effectively resolve the scale. Among the strategies for dense 3D reconstruction, using the presented method for solving the scale problem and PMVS on the images captured with two DSLR cameras resulted in a dense point cloud as accurate as the Nikon laser scanner dataset.     

基于Plücker直线的LiDAR点云配准法

高精度的LiDAR点云配准是实现点云数据整体性和保证空间目标三维表面拓扑重建的关键,本文提出了基于Plücker直线的LiDAR点云配准模型,利用Plücker直线表示LiDAR待配准点云与基准点云间的同名直线,根据同名Plücker直线重合的几何拓扑关系,建立Plücker直线共线条件方程,再用最小二乘法确定待配准LiDAR点云与基准点云间的相对位姿参数。结果表明,Plücker直线共线条件配准模型几何约束性较强,配准精度较高。     

利用三维激光扫描技术检测建筑物平整度及垂直度

利用地面三维激光扫描仪对某建筑物进行全自动高精度立体扫描，获得目标建筑物表面的三维空间点云信息，经过研究分析提出了一种根据点云提取建筑物中心轴线的方法，采用随机采样一致性算法（RANSAC）拟合直线，并采用整体最小二乘算法拟合平面。通过分析拟合平面及拟合直线的几何特征来检测建筑物的平整度和垂直度，实测数据分析结果表明，三维激光扫描技术在建筑物立面平整度及垂直度检测中具有较高的可行性和适用性。     

车载全景序列影像的位姿估计优化方法

针对车载全景序列影像的位姿估计问题,该文提出了一种基于角元素和线元素的位姿估计优化方法。根据全景多视几何关系,建立了角元素和线元素多视约束的优化模型,并推导完成模型的位姿求解方法。然后作为初始外方位元素,加入稀疏GPS/INS的相机控制数据约束,采用全景球模型的稀疏光束法平差对位姿估计结果进一步优化。实验选择IP-S2车载移动测量系统获取的全景序列影像,对比分析单视图、全景视图的连续位姿估计、本文方法和GPS/INS控制数据。实验结果表明,该文方法可提高位姿估计的精度,并减少连续位姿估计产生的累计误差。     

一种星载激光测高仪光斑内定位方法

提出一种利用铅垂线轨迹法及高程结构信息约束的星载激光测高仪光斑内定位方法。在星载激光测高仪辅助立体摄影测量体制下，以激光回波中包含的高精度高程结构信息作为约束条件，在足印光斑内，配合立体图像匹配生成的数字高程模型，选取定位候选点，并通过铅垂线轨迹法优化定位候选点高程值，消除立体图像定位误差引起的高程误差，获取符合高程结构约束的一系列位置的三维坐标。试验结果表明，该方法能够实现大光斑星载激光测高仪足印内的定位，高程定位精度为0.16 m，平面定位精度与立体图像一致。     

利用二维DLT及光束法平差进行数字摄像机标定

利用共线方程和二维DLT之间的对应关系导出了由二维DLT的8个参数表达的主纵线方程式，讨论了主点初值和求解方法，给出了单张像片摄像机参数分解不惟一性及临界序列的证明，详细推导了利用二维DLT参数分解摄像机外方位元素初值的实用算法，论述了利用光束法平差进行摄像机标定的数学模型，实际图像数据实验取得了很好的结果，验证了本文所提出的摄像机标定算法的可行性。     

三维激光扫描技术在复杂地质隧道岩体信息获取中的优化

为了更高效、高精度地获取岩体结构面信息,借助三维激光扫描技术,提出并建立一种基于Kriging算子和最小二乘法组合的点云插值方法。首先对获取的隧道点云数据利用单一的最小二乘法进行插值,并以此为基础,结合Kriging算子的适应度函数建立组合插值模型。在利用三维激光扫描仪已获取的某岩溶隧道的原始点云数据的基础上,运用组合模型进行插值处理,以此获取岩体结构面信息,并将组合方法得到的结果与单一的插值方法进行对比,发现组合方法插值效果较好,误差也较小。基于Kriging算法和最小二乘法结合的插值方法,在利用三维激光扫描技术获取岩溶隧道岩体几何信息—结构面产状的过程中能更加精确、全面,并可以用于岩体稳定性评价。     

基于激光扫描仪的线阵相机动态高精度标定

本文结合线阵相机的成像特点以及正在研制的车载三维数据采集系统本身的特性,提出借助激光扫描仪在动态下对线阵相机进行标定,应用激光扫描仪原始数据中的角度信息,结合线阵相机的成像原理,建立了线阵相机的内参数标定模型,并设计了相应的实验方法,计算出了高精度的畸变参数,为实现真实纹理映射奠定基础,为同类产品的检校提供参考。