基于计算机视觉水火弯板的三维测量系统
基于计算机视觉的水火弯板线变形测量系统的设计与实现
基于计算机视觉的水火弯板线变形测量系统的设计与实现向祖权;张庆英;王呈方
【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》
【年(卷),期】2002(026)001
【摘要】探讨了在水火弯板工艺过程中的各种线变形测量方法,提出了基于计算机视觉测量技术的新的测量方法.文中阐述了这一测量系统的设计技术与实现方法,重点介绍了图像采集、摄像机标定、特征提取以及参数的求解.
【总页数】4页(P86-88,92)
【作者】向祖权;张庆英;王呈方
【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉,430063;武汉理工大学交通学院,武汉,430063;武汉理工大学交通学院,武汉,430063
【正文语种】中文
【中图分类】U671.3
【相关文献】
1.基于PSO_SVM模型的水火弯板变形预测研究 [J], 李彦;陈尤力;齐亮
2.水火弯板线变形和工艺参数关系数学建模研究 [J], 张雪彪;纪卓尚;刘玉君;金世良
3.基于计算机视觉的水火弯板线位移测量系统 [J], 胡勇;石强;王呈方;向祖权;张庆英;莫健华
4.基于计算机视觉水火弯板的三维测量系统 [J], 赵猛;王直
5.基于LSSVM的水火弯板变形预测方法 [J], 段珏媛;叶树霞;齐亮
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基于计算机视觉的水火弯板线变形测量系统的设计与实现
方 法 ， 测量 出进 行 一 次水 火加 工 后线 位 移 的 大 来 小， 是水 火 弯板 自动 化研究 的重 要 内容 之 一． 者 笔 所采 用的 图像 测量方 式 ， 属于非 接触式 测量 ， 可 它 以消 除由于仪 器与标 记块 之间 的接触 不 当而引起 的误差 ． 采用 摄像机或 数 字照相 机 ． 加工 前后 的 将 钢板 的 图像采 集 下来 ， 过 图 像采 集 卡输 入计 算 通
景 物 的 照 明是 由一 个 专 门的光 源 装 置来 提供 的．
度将直 接影响 到测 量结果 的精确 程 度．
根据 几何光 学原 理摄 像机成 像模 型 如图 ３ 所
示．
实 践证 明 ， 动 立体 测 定技 合 ． 套 系 统 的 应 用 场 合 为 工 业 实 验 本
Ｖ ｏ ．２ Ｎｏ．１ １ ６ Ｆｅｂ ０ ．２ ０２
基 于计 算 机 视觉 的水火 弯板 线 变形 测量 系统 的设 计 与 实 现
向祖 权 张庆 英 王 呈方
（ 汉 理 工 大 学 交通 学 院 武 武汉 ４ ０６ ） ３ ０ ３
摘 要 ： 讨 了在 水 火 弯板 工 艺 过 程 中的 各 种 线 变 形 测 量 方 法 ． 出 了基 于 计 算 机 视 觉 测 量 技 术 的 擦 提 新 的 刮 量 方 法． 中阐 述 了这 一 测 量 系 统 的 设 计 技 术 与 实 现 方 法 ． 点介 绍 了 图 像 采 集 、 像 机 标 文 重 摄 定 、 征提 取 以 及参 数 的 求 解 ． 特
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弟 １ 斯
向 祖 权 等 ： 于 计 算 机视 觉 的水 火 夸板 线 变 形 测量 系统 的设 计与 宴 现 基
・８ ・ ７
基于计算机视觉的视频火焰检测技术
基于计算机视觉的视频火焰检测技术
杨俊;王润生
【期刊名称】《中国图象图形学报》
【年(卷),期】2008(013)007
【摘要】视频火焰检测是计算机视觉中一项理论意义与实际价值兼备的重要课题,对烟火事故的消防安全具有重要的实际意义.随着火焰视觉特征模型的不断完善,视频火焰检测方法的研究得到发展.本文综述了视频火焰检测的几个主要方面,包括其相对传统检测器的优势、火焰特性的分类与描述、代表性的检测方法、典型的系统方案及其发展趋势等;探讨了其中涉及的系统通用性、实时性、智能性、评测标准和多传感器融合等关键问题;还介绍了一种新的基于层次注意的视频火焰检测模型及多源感知信息的显著性融合框架.尝试借助显著性特征描述和低冗余计算来提升烟火监测系统的效率和主动性.
【总页数】13页(P1222-1234)
【作者】杨俊;王润生
【作者单位】国防科学技术大学,电子科学与工程学院,ATR国家重点实验室,长沙,410073;国防科学技术大学,电子科学与工程学院,ATR国家重点实验室,长
沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.基于多特征融合的视频火焰检测技术研究 [J], 胡国良;江熹;王少龙
2.基于计算机视觉的视频火焰检测技术 [J], 王华伟;
3.基于视频的火焰检测技术研究 [J], 高爱莲;刘辉;林宏;王汉友
4.基于计算机视觉的航天电连接器插针质量检测技术研究 [J], 袁鹏哲;余紫扬;张楠;刘璞;张烈山
5.基于计算机视觉的行人检测技术综述 [J], 耿艺宁;刘帅师;刘泰廷;严文阳;廉宇峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于lssvm的水火弯板变形预测方法
基于lssvm的水火弯板变形预测方法
近年来，随着科学技术的不断发展，在热金属材料加工行业中，工程师正在探索一种新的金属变形技术—水火弯板变形技术，它有助于提高加工精度、完善加工质量，以达到耐磨性，高强度等优异性能。
但是，由于水火变形技术具有复杂的加工工艺，加工过程中温度、时间和加工角度的变化等许多因素的影响，对变形结果造成负面影响，使得变形结果变得不可预测。
为了解决水火变形不确定性的问题，研究人员提出了基于LSSVM的水火弯板变形预测技术。
LSSVM(Least Squares Support Vector Machine)是一种缩减了支持向量机算法中计算量的算法，可以大大提高运算效率，并且可以较好地处理现实世界中的非线性问题。
基于LSSVM的水火弯板变形预测技术首先对原始数据进行处理，然后利用LSSVM技术训练模型，建立水火弯板变形的模型，并预测不同变形幅度的弯板变形。
预测结果可以反映出水火变形加工工艺的最优参数，以及变形结果的期望值。
基于LSSVM的水火弯板变形预测技术，可以利用LSSVM算法对新数据进行“快速学习”，达到较高的准确率，并且可以快速考虑复杂的特征，同时支持多输入多输出，计算复杂度较低。
因此，基于LSSVM的水火弯板变形预测技术，可以有效地提高水火变形的准确性，以及提高变形加工的效率。
总的来说，基于LSSVM的水火弯板变形预测技术，可以有效地改善水火弯板变形加工的过程，提高加工精度，提高加工效率，减少加工误差，保证加工质量，提高产品的性能，实现变形效果的最佳平衡。
水火弯板机系统中三维重建技术的研究
０ 。
取得 生产 所需 的尺寸 数据 。
１ 研究背景
文献【 ｌ 】 提 出 了利用 编 码 结构 光 的方 法对 头 像 进 行三位 重 建 ，重 建 的精度 高 ，速 度快 。 文献［ ２ １ 提 出针 对文 献 【 ｌ 】 存在 的编码 结 构 光易 受到环境 影响 ，对编码 结构 光的方式 进行 了改进 。
如 下 ： 须有 操 作 人 员 的 干 预 ，不 能 实 现 全 自动 化 的生 产 。对 一块 １ ０ 米 长３ 米 宽 的钢 板 ，测 量 时 间长
达 十 分钟 左 右 。为 了解 决 这个 问题 ，本 论 文拟 采 用基 于机 器 视 觉 的 三 位 重 建 方法 对 钢 板 进 行 三维 重 建 ， 系统 直 接 从 三 维 重 建 后得 到 的 立 体 图形 中
ｕ （ ｕ ０ ， ｖ 。 ） 与其 空 间点Ｕ（ Ｘ ｏ ， Ｙ 。 ， Ｚ ０ ） 之 间 的对应关 系，这
个对 应关 系可 由一个３ ×４ 的矩 阵 来表示 。
通 过 引入 摄 像 机 坐 标 系 ，照 相机 坐 标 系和 世 界 坐标 系等 辅 助 坐 标 系 ，推 导 出得 到世 界 坐 标 系 中Ｐ （ Ｘ ， Ｙ ， Ｚ ）点 和其在 图像 坐标 系中 的ｐ （ ｕ ， ｖ ） 点
进 行标定 。
束的分 阶段 立体 匹配 算法 。 针 对 广 船 项 目三 维 重 建 的 特 点 ， 本 论 文提 出
基 于 图像 特 征 点 的 三 维重 建方 法 ， 以解 决 目前三
２ ． ２ 特征点图像坐标 系的求取
在 广 船 项 目中 ， 由于 三 维重 建 的 目标 物 体 为
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基于计算机视觉水火弯板的三维测量系统赵猛，王直（江苏科技大学江苏镇江212003）摘要：将激光测量技术和多目视觉照相测量技术相融合，分别发挥激光测量精度高、定位准，照相测量速度快、密度高的特点，研制曲面板三维形状的自动测量以及划线定位系统，实现曲面板上的关键点的位置精确、快速的测量，该系统可基本实现工业船舶行业对曲面板技术的要求，对造船业的发展具有重要的现实意义。
关键词：水火弯板；计算机视觉；激光测量；三维测量中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1674－6236（2013）02-0063-04Three -dimensional measurement system based on computer vision line heating plateZHAO Meng ，WANG Zhi（Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，China ）Abstract:This article will laser measurement technology and visual camera measuring technology integration ，are played by laser high measuring precision ，accurate positioning ，photographic measurement speed ，high density characteristics ，development of curved plate shape measurement and scribing positioning system ，realize the curved panel on the key points of the position accuracy ，rapid measurement ，the system can realize the basic industry of shipbuilding industry on the curved panel technology requirements ，the development of shipbuilding industry has the important practical significance.Key words:plate bending ；computer vision ；laser measurement ；three-dimensional measurement收稿日期：2012-09-19稿件编号：201209139作者简介：赵猛（1987—），男，山东济南人，硕士研究生。
研究方向：复杂系统分析与建模、导航技术应用等。
大型曲面板的高精度快速测量及定位自动化，不仅是目前船舶建造所急需的，也是未来船舶建造测量装备发展的必然趋势。
传统的研究方法对板子加工后位移大小的计算测量精度都不高，关键原因是在板子上标记具有难度。
长期以来，对于船体双曲度外板的加工，国内外造船厂都是依靠有经验的工人采用水火弯板的方法手工作业完成。
船体外板曲面的成型加工是船舶制造的关键及重要环节之一。
各种船舶的外表面大多都是由复杂的、不可展的空间曲面构成，把钢板加工成这样的曲面，目前在国内外大部分船厂主要还是采用燃气火焰在钢板表面局部进行加热，当加热区达到一定温度后再降温，利用金属的热弹塑性收缩变形原理，以获得良好的整体变形，这就是所说的水火弯板工艺[1]。
1曲面板测量、定位系统的整体设计与原理1.1整体架构图该系统主要是由服务器、工控机、工业照相机、激光扫描机以及传输信号的数据线组成的如图1所示。
服务器主要是接受处理伺服控制器的控制信号，通过伺服控制器来控制激光扫描机跟工业摄像机，对曲面板立体拍照、测量，通过嵌入式计算机收集反馈来的控制信号通过比较相机跟激光扫描机的来准确的定位划线装置的位移。
1.2相机成像原理该测量系统采用了4台高分辨率家用单反相机、以及一个高精度激光测量装置，系统将激光与照相相结合进行测量。
目前该系统能比较准确地测量曲面板的三维形状，测量精度可以达到±2mm 。
根据物理学中光学的原理摄像机成像模型如图2所示[2]。
电子设计工程Electronic Design Engineering第21卷Vol.21第2期No.22013年1月Jan.2013图1整体架构图Fig.1Overall chart图2摄像机成像模型Fig.2Camera imaging model《电子设计工程》2013年第2期三维空间坐标系的构成为O 1，X 1Y 1，Z 1；笔者把摄像机的坐标系定义成为O ，X ，Y ，Z ；把平面二维坐标系定义为O s ，X s ，Y s ；X s =f x /ηx z ，Y s =f y /ηy z （1）其中：f 是摄像机的焦距；x ，y 方向的成像比例因子是ηx ，ηy 。
假设H =z ，X =f x /ηx ，Y =f y /ηy z ，则式（1）可用下矩阵形式来表示X Y w w w w w w w w ww w w w w w w w wH=3*4M 1x y z w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1f /ηx 0000f /ηy 000001wwx y z w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1（2）所以可由计算机图形学中的坐标转换关系可以用下面的矩阵表示X Y w w w w w w w w ww w w w w w w w wH=4*4M 2x w y w z w w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1r 1r 1r 3t 1r 4r 5r 6t 2r 7r 8r 9r 30001w w w w w w w w w w w w w w w w w w x w y w z w w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1（3）由（2）和（3）可推出X Y w w w w w w w w ww w w w w w w w wH=M 1M 2x w y w z w w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1=fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηx fr 1/ηxr 7r 8r 9t 3wwx w y w z w w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1c 11c 12c 13c 14c 21c 22c 23c 24c 31c 32c 33c 34wwx w y w z w w w w w w w w w w w w w ww w w w w w w w w w w w w1（4）式中：x s =X /H ；y s =Y /H 。
式（4）为三维空间坐标系跟平面二维坐标系的坐标变换关系，把C ij 的值定为空间三维点和二维图像点之间的变换关系。
1.3划线机的工作过程激光划线机通过嵌入式计算机控制一个伺服驱动器然后带动一个激光器在钢板上面沿设定的路线划线如图3所示。
2构建测量机构2.1具体方法测量范围为12m 长×8m 宽×2m 高的曲面板，需采用多组照相测量设备以保证测量精度。
每组测量设备由4台高分辨率相机和一台高分辨率工业投影仪组成。
每组的测量范围为4m 长×3m 宽，共需要8组照相机（32台）来构建测量机构（照相机测量装置如图4所示）。
为了完成三维曲面板全方位的测量，需研制激光自动测量机构。
为了保证激光的高精度定位、测量，文中拟采用2台高精度的全自动激光测量装置（如图5所示检测机构）。
文中的照相测量机构固定在一个长方形的背板上，需在两两相机之间进行几何标定。
相机拍摄的图像由USB 线传输到一台代理工控机上，工控机只负责图像与激光数据采集与传输工作，当工控机获得测量的数据之后，便将采集到的数据传输到能进行存储和分析的高性能服务器中，然后利用机器视觉算法测量曲面板动态三维形状[3]，具体做法是：1）利用棋盘格标定方法，对相机进行标定，精确地测量出每个相机的内参（CCD 的形变、焦距等）和相机之间的外参（2个相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量），以及畸变系数。
标定的精度对测量的精度有很大的影响，所以棋盘格的大小要均匀，尺寸要精确。
2）在钢板表面涂上特殊的化学材料，利用自动激光标线图3激光划线机定位示意图Fig.3Laser scribing machine location sketch map图5激光测量装置示意图Fig.5Schematic diagram of laser measuring device图4照相机测量装置示意图Fig.4Schematic diagram of measuring device forcamera－64－机在钢板上划基准线与安装线，这些特殊的化学材料在激光照射后会产生化学反应，出现颜色变化。
3）利用激光测量设备，测量钢板上若干个关键数据点，为了保证激光测量的精确性，这些关键点需要贴上特殊的标记。
4）利用相机的SDK（软件开发工具包）开发相机的控制程序，通过控制程序控制标定的相机同步拍摄钢板图像，并将图像实时地传输到服务器中。
5）在服务器上，采用边缘检测算法在图像中检测出需要测量的部位，找到被测钢板的边界。
6）采用图像特征提取算法测量贴上标记关键数据的特征点，并且对每个特征点在DOG（Difference of Gaussians，高斯差分）空间进行抛物面拟合，得到关键特征点的精确的像素位置，并计算每个点的特征描述符[4]。
7）根据局部特征点的特征描述符、多个相机之间的极线约束关系、以及规则投影的约束找到部分正确匹配的特征点，采用多视几何的理论求解出正确的特征点所对应的三维空间坐标；过滤噪声点，保留正确的三维数据关键点。
8）将激光测量的关键点数据与相机测量到的关键点数据进行非线性拟合，求解出激光测量与相机测量之间的非线性误差函数，用于校准照相测量[5]。
9）利用图像线段检测算法提取钢板上的基准线与安装线，并根据两两相机图像之间的对应关系，测量出其对应的三维曲线。
2.2建立激光测量与照相测量关系模型在测量时，因为激光测量较慢，所以只使用激光测量曲面板上部分重要的关键点。