单目视觉姿态自动测量方法研究
基于单目视觉的三维姿态测量方法与系统实现
-III-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
目
录
摘 要.......................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第 1 章 绪论.................................................................................................................. 1 1.1 课题背景及意义 ................................................................................................. 1 1.2 视觉测量研究现状 ............................................................................................. 1 1.2.1 计算机视觉研究现状................................................................................... 1 1.2.2 单目视觉测量方法研究现状................................................
基于单目视觉的实时测距方法研究论文
基于单目视觉的实时测距方法研究论文摘要：测距是计算机视觉领域中的重要问题之一，在许多应用中都有广泛的应用。
本文提出了一种基于单目视觉的实时测距方法。
该方法利用单目相机拍摄到的图像进行目标的距离估计，不需要额外的传感器或设备。
首先，通过标定相机获取相机的内参数矩阵和畸变参数。
然后，使用特征点匹配算法对图像中的特征进行提取和匹配，得到特征点的对应关系。
接下来，利用三角测量原理计算出目标特征点在相机坐标系下的深度值。
最后，通过相机的内参数矩阵和深度值可以得到目标物体在相机坐标系下的三维坐标，从而实现了测距。
实验结果表明，该方法能够在实时场景中实现准确的测距，具有很大的应用潜力。
关键词：单目视觉，测距，内参数矩阵，特征点匹配，三角测量1. 引言随着计算机视觉技术的发展，测距问题在很多领域中得到了广泛的研究和应用。
利用视觉传感器进行测距是一种常见的方法，它可以在没有额外传感器的情况下实现目标的距离估计。
单目视觉是一种简单且成本相对较低的测距方式，因此在实际应用中具有重要的意义。
2. 方法本文提出的实时测距方法基于单目视觉，核心原理是利用特征点匹配和三角测量。
首先，通过标定相机获取相机的内参数矩阵和畸变参数。
内参数矩阵包括焦距和像素尺寸等参数，畸变参数用于修正图像的畸变。
然后，利用特征点匹配算法对图像中的特征进行提取和匹配。
特征点的提取可以使用SIFT、SURF等算法，匹配可以使用最近邻算法或RANSAC算法。
在特征点匹配完成后，可以得到特征点的对应关系。
接下来，根据三角测量原理计算出目标特征点在相机坐标系下的深度值。
三角测量原理利用目标在不同视角下的投影关系，通过三角形的边长比例计算出目标的深度。
最后，通过相机的内参数矩阵和深度值可以得到目标物体在相机坐标系下的三维坐标，从而实现了测距。
3. 实验结果对于本方法的实验结果进行了验证。
选取了不同距离的目标物体进行测距实验，并与实际距离进行比较。
结果表明，本方法能够在实时场景中实现准确的测距，与实际距离具有较小的误差。
一种单目摄像机的位姿定位方法
一种单目摄像机的位姿定位方法随着人工智能和计算机视觉领域的不断发展，定位和导航技术在机器人、自动驾驶汽车和增强现实等领域中扮演着越来越重要的角色。
单目摄像机作为一种常见的传感器，其在定位和导航中的应用越来越广泛。
本文将介绍一种基于单目摄像机的位姿定位方法，通过该方法可以精确地获取目标物体的位置和姿态信息。
一、方法概述该位姿定位方法是基于特征点匹配和三维重建的技术。
在目标物体的周围设置多个特征点，然后使用单目摄像机拍摄目标物体，并提取图像中的特征点。
通过计算特征点的匹配关系，可以获得目标物体在图像中的姿态信息。
接下来，利用摄像机的内外参数和特征点的三维坐标，结合三维重建算法，可以得到目标物体的真实位置和姿态信息。
二、特征点提取与匹配在单目摄像机中，特征点是图像中具有显著特征的点，如角点、边缘点等。
在定位过程中，首先需要从目标物体的图像中提取特征点。
常用的特征点提取算法包括Harris角点检测、SIFT特征提取、FAST特征提取等。
这些算法能够在图像中准确地提取出特征点，并且具有较好的鲁棒性和稳定性。
提取到特征点之后，接下来需要进行特征点的匹配。
特征点匹配是指在两幅图像中找到相互对应的特征点，这一步是位姿估计的关键。
常用的特征点匹配算法包括基于描述符的匹配算法（如SIFT、SURF）和基于光流的匹配算法等。
这些算法能够有效地找到两幅图像中相互对应的特征点，为后续的位姿估计提供了可靠的数据基础。
三、姿态估计与优化在特征点匹配的基础上，可以进行目标物体的姿态估计。
姿态估计是指根据特征点匹配的结果，计算出目标物体在图像中的位置和姿态信息。
常用的姿态估计方法包括PnP（Perspective-n-Point）算法、EPnP算法、以及基于优化的姿态估计算法等。
这些算法能够根据特征点的匹配关系，精确地计算出目标物体的位置和姿态信息。
除了姿态估计，还可以利用摄像机的内外参数进行辅助估计。
摄像机的内外参数包括焦距、主点、畸变参数、旋转矩阵和平移向量等。
空间目标的单目视觉测量技术研究
（１）
式中：ｉ 为灰度值， ｎｉ 为灰度值等于 ｉ 的像素个数。由式（１）得 到新的阈值 Ｔｋ ＝（ＴＡ ＋ ＴＢ）／２。由于项目中每一帧图像必须在 ２５０ ｍｓ 之内处理完成， 故迭代过程中我们设定了迭代次数的最大值 为 １０ 次。如果在 １０ 次迭代内 Ｔｋ ＝ Ｔｋ＋１， 则最佳阈值 Ｔｏｐｔ ＝ Ｔｋ。如果 迭代完 １０ 次后仍不相等，则强行结束迭代过程， 则令 Ｔｏｐｔ ＝ Ｔ１１。
１ 几何成像法单目测量原理
项目中目标物在已知轨道上以确定的速度运动， 并以小角 度 规 律 性的 摆 动 。 本 文 要 研 究 的 是 测 量 范 围 为 ０．５ ｍ￣１５ ｍ 时 合作目标物的作用距离和姿态。由于是预研性质， 首先我们在 合作目标物的一个面上做了八个点。测量过程中， 通过 ＣＣＤ 相 机采集到的图象确定出这八个点的位置， 再计算确定目标中心 的 视 线 角 ， 根 据 计 算 出 的 目 标 位 置（ｘ，ｙ，ｚ）和 姿 态 角 φ、θ， 加 上 特 征点的位置和目标的运动速度， 就能估算出目标现在的位置， 完成目标跟踪。算法流程如图 １：
个方格中所有灰度大于 Ｔｏｐｔ 的 像 素 的个 数 ， 每 个方 格 中 所有 灰 度大于 Ｔｏｐｔ 的像素的 Ｘ 坐标之和以及 Ｙ 坐标之和。但对于不包 含灰 度 值大 于 Ｔｏｐｔ 的 像素 的 方 格 ， 我 们 将 其 标 号 记 为 ０， 不 对 其 求灰度值大于 Ｔｏｐｔ 的像素的 Ｘ 及 Ｙ 坐标和。
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图像处理
空间目标的单目视觉测量技术研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ｏ ｎ Ｍｏ ｎ ｏ ｃｕ ｌａ ｒ Ｖｉｓ ｕ ａ ｌ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆｏ ｒ Ｓ ｐ ａ ｔｉａ ｌ Ｏｂ ｊｅ ｃｔ
基于单目视觉的三维人体姿态估计算法研究
基于单目视觉的三维人体姿态估计算法研究随着人工智能技术的发展，计算机视觉方面的应用越来越广泛，其中三维人体姿态估计受到了广泛关注。
三维人体姿态估计是指从二维图像中推断出人体姿态的三维姿态信息，这项技术具有非常重要的应用价值，例如人机交互、虚拟现实、游戏等诸多领域。
目前，三维人体姿态估计算法主要分为基于单目视觉和基于多目视觉两种，本文主要讨论基于单目视觉的三维人体姿态估计算法。
一、基于单目视觉的三维人体姿态估计算法原理基于单目视觉的三维人体姿态估计算法目前主要采用深度学习算法，其基本原理是使用深度神经网络对输入的图像进行特征提取和人体关节定位，然后通过解析几何学等算法将人体姿态转化为三维空间中的坐标位置。
具体而言，该算法一般可分为以下步骤：1. 人体检测。
输入一张图像后，先对图像中的人体进行检测和分割，以获取图像中的人体信息。
2. 人体关键点定位。
使用深度学习算法对图像中的人体关键点进行定位，如肘关节、肩关节、脚踝等。
3. 姿态估计。
通过解析几何学等算法将人体关键点转化为三维坐标进行姿态估计。
二、基于单目视觉的三维人体姿态估计算法现状基于单目视觉的三维人体姿态估计算法目前发展已经比较成熟，尤其是近几年深度学习算法的飞速发展，使得该技术在人体姿态估计领域有了很大进展。
以下是目前主流算法的简介。
1. HMRHMR是一种端到端的深度学习算法，通过输入一张2D图像，即可输出该人体的3D姿态估计结果。
HMR使用渐进式的训练方法，逐步提高深度神经网络对人体姿态的理解和解释能力。
由于其高效的体验和优良的性能，HMR成为了当前最为主流的算法之一。
2. SPINSPIN是一种基于SMPL模型的方法，可以直接预测出一个人体的SMPL参数，并进而生成一个3D模型和对应的2D投影，并进一步实现3D人体姿态估计。
SPIN在人体姿态估计方面具有很高的准确性和鲁棒性，同时在姿态估计速度上较为快速。
3. Integral Human Pose RegressionIHPR也是一种端到端的深度学习算法，可以通过单个2D图像来预测人体的3D姿态。
用于目标测距的单目视觉测量方法研究
根 据 测 量数 据得 出如 表 １ 。
ｆ ｘ ¨ｒ
： 撼 Ｘ Ｙ Ｚ
。
表 １ 测 量 数 据
图 片号 直 线 距 离 实 际距 离 Ｕ 坐标 Ｌ Ｌ坐标 测 量 距 离 误 差 误 差 率
Ｏ ． ２ １ ％ ３ ． ７ ３ ％
４ ． ５ ８ ％ ６ ． ９１ ％ ７ － ３ １ ％
１ 小孔成像原理
将 采 集 到 的 图 片利 用 三 维 场 景 进 行 投 影 ，获 取 到 二 维像 ￣ ＝ ２ ６ ３ ． ５ ７ ４ ３ ７， ａ ， ， ＝ ２ ６ ９ ． ５ ２ １ ３ ８ 平 面 中。 将 测 量得 到 的地 球 坐标 系 中的物 体 制定 成 像 模 型 。 这 ａ 目标 图 片 的 收 集 主要 是 以 距 离为 标 准 进 行 的 同一 方 向采 样 就 能 够 符 合 测 量 的 要 求。 并且 将 Ｐ 。 在投 影 图像 上进 行 设 置
应的映射关 系， 建 立模 型 。对 目标 图像 进 行 分 析 ， 得 出相 应 的面 积 映射 关 系 ， 制 作 直 线 测 距 模 型 。在 对 图 像 进 行 处 理 ， 提 取 相 应特 征 点。在 测 距 原 理 引导 下 对得 出 的数 据 进 行 分析 ， 误 差随 着 距 离 不 断增 大 呈现 表 达 趋 势 发展 。 这种 情 况 主 要 是 由于 光轴 偏 心导 致 的误 差 ， 将数据进行修正 ， 能够 降低 相 对 误 差 ， 保 证 测量 结 果 与 实 际 情 况相 符 。
０ Ｃ Ａ Ｒ Ｄ Ⅳ Ｏ Ｄ ２ ０ １ ５ ／ ４
能源 ・ 地矿
用于 目标测距的单 目视觉测量方法研究
李晓冬 （ 贵州省地质矿产勘查开发局１ ０ ８ 地 质大队， ５ ５ ０ ０ ０ ５ ）
基于单目相机的3D人体姿态估计研究
基于单目相机的3D人体姿态估计研究随着计算机科学和人工智能的快速发展，3D人体姿态估计成为计算机视觉领域一个重要的研究课题。
在许多应用中，如虚拟现实、人机交互、人体动作捕捉等领域，准确地估计人体的三维姿态对于实现自然交互和人体动作分析至关重要。
目前，人体姿态估计的方法主要分为基于深度图像和基于单目图像两类。
其中，基于深度图像的方法通常需要专用的深度传感器，如Microsoft Kinect，能够直接获取人体的三维信息。
而基于单目图像的方法则是通过普通摄像头获取的二维图像，通过计算机视觉和机器学习的技术来推测人体的三维姿态。
在基于单目相机的3D人体姿态估计研究中，最主要的挑战是从二维图像中恢复出三维姿态。
因为单目图像无法提供深度信息，所以需要通过图像中的视觉特征进行三维姿态的估计。
研究者们通过深度学习的方法，采用卷积神经网络（CNN）来提取图像特征，并结合回归模型或优化算法来推测人体的三维姿态。
在具体的研究中，研究者们通常会建立一个数据集，包含大量的人体姿态样本和对应的二维图像。
通过训练这些样本，使得模型能够学习到从二维图像到三维姿态之间的映射关系。
然后，在测试阶段，通过输入新的二维图像，模型能够输出对应的三维姿态。
然而，基于单目相机的3D人体姿态估计仍然存在一些挑战和限制。
例如，当人体处于遮挡或复杂动作时，模型可能无法准确估计姿态。
此外，由于单目相机的有限视角，模型可能无法获取到人体的全局信息，导致姿态估计的不准确性。
为了解决这些问题，研究者们正在不断尝试新的方法和技术。
例如，通过融合多个视角的图像，可以提供更多的信息来改善姿态估计的准确性。
同时，利用更强大的深度学习模型和更大规模的数据集，也可以进一步提高模型的性能。
总之，基于单目相机的3D人体姿态估计研究在计算机视觉领域具有重要的应用价值。
虽然仍然存在一些挑战，但通过不断的研究和创新，相信将来可以开发出更加准确和可靠的3D人体姿态估计方法，为实现自然交互和人体动作分析提供更好的技术支持。
基于单目视觉的实时测距方法研究论文
基于单目视觉的实时测距方法研究论文摘要：本论文研究了基于单目视觉的实时测距方法，并提出了一种新颖的算法。
该算法利用了摄像机与物体之间的视差关系，通过分析图像上的特征，成功实现了物体与摄像机之间的距离测量。
实验证明，该算法在准确性和实时性方面具有较高的性能，可以应用于各种实时距离测量场景中。
1. 引言随着计算机视觉技术的快速发展，实时测距方法在许多领域中得到了广泛应用。
其中，基于单目视觉的实时测距方法因为其简便性和成本效益而受到了研究者们的关注。
然而，由于单目视觉所面临的缺点如尺度不确定性和视觉恢复的不稳定性，提高基于单目视觉的实时测距方法的准确性和实时性仍然是一个具有挑战性的问题。
2. 相关工作在过去的几年中，已经有许多关于基于单目视觉的实时测距方法的研究。
常用的方法包括使用标定板进行标定、使用纹理或特殊模式进行测距以及基于深度学习的方法等。
然而，这些方法往往存在一些局限性，如标定工作繁琐、特殊模式需要事先准备、深度学习需要大量的训练数据等。
3. 方法概述本论文提出了一种基于单目视觉的实时测距方法。
该方法主要包括特征提取、视差计算和距离计算三个步骤。
在特征提取中，我们使用了一种基于角点检测的方法来提取高质量的特征点。
来计算视差矩阵。
最后，通过将视差矩阵与摄像机参数进行关联，我们可以得到物体与摄像机之间的距离。
4. 实验与结果为了验证该方法的有效性，我们进行了一系列的实验。
实验结果表明，该方法在不同场景下均有较高的准确性和实时性。
与传统方法相比，该方法具有更快的计算速度和更低的误差。
尤其是对于一些复杂的距离测量场景，该方法也表现出了良好的稳定性。
5. 结论与展望本论文基于单目视觉提出了一种实时测距方法，并通过实验证明了该方法的可行性和有效性。
该方法具有较高的准确性和实时性，可以广泛应用于各种实时测距场景中。
未来的研究方向包括进一步提升算法的准确性和实时性，以及应用该方法于更多实际应用中。
关键词：单目视觉，实时测距，特征提取，视差计算，距离计算6. 方法细节在特征提取阶段，我们采用了一种基于角点检测的方法来提取图像中的特征点。
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单目视觉姿态自动测量方法研究
单目视觉测量技术以其高精度、非接触性和结构简单等优点一跃成为智能制造、航空航天、人工智能等领域的研究热点,其中高精度的姿态测量技术已经成为单目视觉测量领域迫切需要解决的难题和重点研究方向之一。
针对目前基于合作目标的单目姿态测量方法需要人为手动匹配特征点和像点之间的对应关系,存在耗时、非自动等问题,本文提出一种基于合作立体靶标的单目视觉姿态自动测量方法,对姿态自动测量算法、合作靶标的设计以及图像特征提取等进行了研究,并搭建了系统软硬件平台对姿态测量精度进行了验证。
主要研究工作如下:首先,对摄像机成像模型中的各个坐标系关系进行阐述,并对针孔成像模型和非线性模型进行了介绍分析,在此基础上提出基于组合优化算法的姿态自动测量方法,即利用两种算法优势互补进行组合,实现姿态的自动测量,并对其中的原理进行了解释说明以及对自动测量的有效性进行了验证。
其次,在自动姿态测量算法的基础上,设计了一种合作立体靶标,并对靶标的尺寸设计、特征点个数以及特征标志物的选择等进行了设计和分析。
基于靶标的设计,通过理论分析和实验检验确定每个图像处理环节,进而完成对靶标特征点的识别和中心提取,在此基础上,实现姿态的自动测量。
最后,为验证本文姿态自动测量方法的精度,搭建了系统软硬件平台,设计并开发姿态测量软件获取实验测量数据,利用高精度二维转台对实验测量结果进行评定。
实验结果表明,当测量角度范围在[-30°,30°]时,姿态角的测量精度优于0.28°。
此外,对引起测量误差的主要来源进行了分析,为进一步提高姿态测量精度奠定基础。