Оценка погрешности измерения геометрических параметров объектов при проектировании стереоскопических систем

Оценка погрешности измерения геометрических параметров объектов при проектировании стереоскопических систем

Автор: Горевой Алексей Владимирович, Колючкин Василий Яковлевич, Мачихин Александр Сергеевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 6 т.42, 2018 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена обоснованию метода оценки погрешностей стереоскопических систем, предназначенных для измерения трехмерных координат и геометрических параметров объектов. Такой метод требуется на этапе их проектирования для оптимизации конструктивных параметров систем регистрации и параметров алгоритмов обработки данных и должен быть применим для различных математических моделей систем регистрации при наличии данных о погрешностях определения координат соответствующих точек на изображениях, а также погрешностях определения параметров системы регистрации при калибровке. Проведен анализ известных методов оценки погрешностей путём сравнения с результатами моделирования по методу Монте-Карло для проективной и трассировочной моделей систем регистрации. Показано, что сигма-точечное преобразование (unscented transformation) обеспечивает более высокую точность оценки и универсальность, чем метод линеаризации. На примере измерения длины отрезка показано, что использование симметричного доверительного интервала, построенного по среднему значению и дисперсии, может приводить к недостоверной оценке погрешности измерения геометрических параметров...

Еще

Стереоскопические оптические системы, измерение геометрических параметров, калибровка, оценка погрешности измерения

Короткий адрес: https://sciup.org/140238470

IDR: 140238470   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-6-985-997

Список литературы Оценка погрешности измерения геометрических параметров объектов при проектировании стереоскопических систем

  • Wöhler, C. 3D computer vision. Efficient methods and applications/C. Wöhler. -2nd ed. -London: Springer-Verlag, 2013. -382 p. -ISBN: 978-1-4471-4149-5.
  • Kim, H. Distance measurement using a single camera with a rotating mirror/H. Kim, C.S. Lin, J. Song, H. Chae//International Journal of Control Automation and Systems. -2005. -Vol. 3. -P. 542-551.
  • Chen, Z. Depth from refraction using a transparent medium with unknown pose and refractive index/Z. Chen, K.-Y. Wong, Y. Matsushita, X. Zhu//International Journal of Computer Vision. -2013. -Vol. 102, Issues 1-3. -P. 3-17. - DOI: 10.1007/s11263-012-0590-z
  • Cui, X. Accurate geometrical optic model for single-lens stereovision system using a prism/X. Cui, K.B. Lim, Q. Guo, D. Wang//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29, Issue 9. -P. 1828-1837. - DOI: 10.1364/JOSAA.29.001828
  • Kee, W.L. Parameter error analysis of singlelens prism-based stereovision system/W.L. Kee, Y. Bai, K.B. Lim//Journal of the Optical Society of America A. -2015. -Vol. 32, Issue 3. -P. 367-373. - DOI: 10.1364/JOSAA.32.000367
  • Wu, L. Single-lens 3D digital image correlation system based on a bilateral telecentric lens and a bi-prism: validation and application/L. Wu, J. Zhu, H. Xie//Applied Optics. -2015. -Vol. 54, Issue 26. -P. 7842-7850.
  • Gorevoy, A.V. Optimal calibration of a prism-based videoendoscopic system for precise 3D measurements/A.V. Gorevoy, A.S. Machikhin//Computer Optics. -2017. -Vol. 41, Issue 4. -P. 535-544. - DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-4-535-544
  • Zhu, J.G. Design and calibration of a single-camera-based stereo vision sensor/J.-G. Zhu, Y.J. Li, S.-H. Ye//Optical Engineering. -2006. -Vol. 45, Issue 8. -083001. - DOI: 10.1117/1.2336417
  • Zhou, F.Q. A novel way of understanding for calibrating stereo vision sensor constructed by a single camera and mirrors/F.Q. Zhou, Y.X. Wang, B. Peng, Y. Cui//Measurement. -2013. -Vol. 46, Issue 3. -P. 1147-1160. - DOI: 10.1016/j.measurement.2012.10.031
  • Pan, B. Single-camera microscopic stereo digital image correlation using a diffraction grating/B. Pan, Q. Wang//Optics Express. -2013. -Vol. 21, Issue 21. -P. 25056-25068. - DOI: 10.1364/OE.21.025056
  • Sturm, P. Camera models and fundamental concepts used in geometric computer vision/P. Sturm, S. Ramalingam, J.-P. Tardif, S. Gasparini, J. Barreto//Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision. -2011. -Vol. 6, Issues 1-2. -P. 1-183. - DOI: 10.1561/0600000023
  • Горевой, А.В. Методы оценки погрешности измерения координат в комплексированных системах регистрации трёхмерных образов объектов /А.В. Горевой, В.Я. Колючкин//Инженерный журнал: наука и инновации. -2013. -Вып. 9(21). -URL: engjournal.ru/catalog/pribor/optica/923.html (дата обращения 17.04.2018). - DOI: 10.18698/2308-6033-2013-9-923
  • Jiang, C. Interval arithmetic operations for uncertainty analysis with correlated interval variables/C. Jiang, C.-M. Fu, B.-Y. Ni, X. Han//Acta Mechanica Sinica. -2016. -Vol. 32, Issue 4. -P. 743-752. - DOI: 10.1007/s10409-015-0525-3
  • Farenzena, M. Rigorous accuracy bounds for calibrated stereo reconstruction/M. Farenzena, A. Busti, A. Fusiello, A. Benedetti//Proceedings of the 17th International Conference on Pattern Recognition. -2004. -Vol. 4. -P. 288-292. - DOI: 10.1109/ICPR.2004.1333760
  • Telle, B. 3D boundaries partial representation of objects using interval analysis/B. Telle, O. Stasse, T. Ueshiba, K. Yokoi, F. Tomita//Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. -2004. -Vol. 4. -P. 4013-4018. - DOI: 10.1109/IROS.2004.1390042
  • Mustafa, M. Rigid transformation using interval analysis for robot motion estimation/M. Mustafa, A. Stancu, S.P. Guteirrez, E.A. Codres, L. Jaulin//Proceeding of the 20th International Conference on Control Systems and Computer Science. -2015. -P. 24-31. - DOI: 10.1109/CSCS.2015.98
  • Blostein, S.D. Error analysis in stereo determination of 3-D point positions/S.D. Blostein, T.S. Huang//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -1987. -Vol. 9, Issue 6. -P. 752-765 DOI: 10.1109/TPAMI.1987.4767982
  • Rodriguez, J.J. Stochastic analysis of stereo quantization error/J.J. Rodriguez, J.K. Aggarwal//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -1990. -Vol. 12, Issue 5. -P. 467-470. - DOI: 10.1109/34.55106
  • Zhang, Z. Determining the epipolar geometry and its uncertainty: A review/Z. Zhang//International Journal of Computer Vision. -1998. -Vol. 27(2). -P. 161-195. - DOI: 10.1023/A:1007941100561
  • Hartley, R.I. Multiple view geometry in computer vision/R.I. Hartley, A. Zisserman. -2nd ed. -Cambridge: Cambridge University Press, 2004. -670 p. -ISBN: 978-0-521-54051-3.
  • Kanatani, K. Statistical optimization for geometric computation: Theory and practice/K. Kanatani. -Mineola: Dover Publications, 2005. -526 p. -ISBN: 978-0-486-44308-9.
  • Julier, S.J. The scaled unscented transformation/S.J. Julier//Proceedings of the 2002 American Control Conference. -2002. -Vol. 6. -P. 4555-4559. - DOI: 10.1109/ACC.2002.1025369
  • Zhang, W. Accuracy analysis of unscented transformation of several sampling strategies/W. Zhang, M. Liu, Z. Zhao//Proceedings of the 10th ACIS International Conference on Software Engineering, Artificial Intelligences, Networking and Parallel/Distributed Computing. -2009. -P. 377-380. - DOI: 10.1109/SNPD.2009.13
  • Sibley, G. The iterated sigma point Kalman filter with applications to long range stereo/G. Sibley, G.S. Sukhatme, L.H. Matthies//Proceedings of Robotics: Science and Systems. -2006. - DOI: 10.15607/RSS.2006.II.034
  • Sakai, A. Discriminative parameter training of unscented Kalman filter/A. Sakai, Y. Kuroda//IFAC Proceedings Volumes. -2010. -Vol. 43, Issue 18. -P. 677-682. - DOI: 10.3182/20100913-3-US-2015.00063
  • Turner, R. Model based learning of sigma points in unscented Kalman filtering/R. Turner, C.E. Rasmussen//Neurocomputing. -2012. -Vol. 80. -P. 47-53. - DOI: 10.1016/j.neucom.2011.07.029
  • Gorevoy, A.V. 3D spatial measurements by means of prism-based endoscopic imaging system/A.V. Gorevoy, A.S. Machikhin, A.V. Shurygin, D.D. Khokhlov, A.A. Naumov//Proceedings of GraphiCon. -2016. -P. 253-256.
  • Горевой, А.В. Оценка погрешности измерений геометрических параметров, выполняемых с использованием призменно-линзовых оптических систем/А.В. Горевой, А.С. Мачихин//Труды ГрафиКон. -2017. -С. 197-201.
  • Chiu, A. A comparison of linearisation and the unscented transform for computer vision applications/A. Chiu, T. Jones, C.E. van Daalen//Proceedings of the Pattern Recognition Association of South Africa and Robotics and Mechatronics International Conference (PRASA-RobMech). -2016. -P. 1-6. - DOI: 10.1109/RoboMech.2016.7813159
  • Kannala, J. A generic camera model and calibration method for conventional, wide-angle, and fish-eye lenses/J. Kannala, S.S. Brandt//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2006. -Vol. 28, Issue 8. -P. 1335-1340. - DOI: 10.1109/TPAMI.2006.153
  • Zhang, Z. Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations/Z. Zhang//Proceedings of the 7th IEEE International Conference on Computer Vision. -1999. -P. 666-673. - DOI: 10.1109/ICCV.1999.791289
  • Matsuzawa, T. Camera calibration based on the principal rays model of imaging optical systems/T. Matsuzawa//Journal of the Optical Society of America A. -2017. -Vol. 34, Issue 4. -P. 624-639. - DOI: 10.1364/JOSAA.34.000624
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp