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第1章 概述 1

1.1 计算机视觉的概述 1

1.1.1 计算机视觉的起源和发展 1

1.1.2 计算机视觉的应用 2

1.2 计算机视觉的分类 4

1.3 计算机视觉的研究难点 5

1.4 基于模型的单目视觉定位 5

1.4.1 点特征定位 6

1.4.2 直线特征定位 7

1.4.3 高级几何特征定位 8

1.4.4 其他方法实现定位 9

参考文献 9

第2章 迭代法求解P3P问题的成立条件 14

2.1 PNP定位问题概述 14

2.1.1 P3P定位 15

2.1.2 P4P定位 16

2.1.3 PNP（N≥5）定位 17

2.2 P3P问题的参数方程与目标方程 19

2.3 在区域Ⅰ-Ⅶ中应用迭代方法的成立条件 21

2.3.1 在区域Ⅰ中应用迭代方法的成立条件 21

2.3.2 在区域Ⅱ和区域Ⅲ中应用迭代方法的成立条件 23

2.3.3 在区域Ⅳ中应用迭代方法的成立条件 24

2.3.4 在区域Ⅴ和区域Ⅵ中应用迭代方法的成立条件 26

2.3.5 在区域Ⅶ中应用迭代方法的成立条件 27

2.4 在区域Ⅰ-Ⅵ中应用迭代方法的成立条件 29

2.4.1 在区域i和区域ii中应用迭代方法的成立条件 29

2.4.2 在区域iii和区域iV中应用迭代方法的成立条件 31

2.4.3 在区域Ⅴ和区域Ⅵ中应用迭代方法的成立条件 34

2.5 在区域vii-xii中应用迭代方法的成立条件 37

2.5.1 在区域vii和区域vii中应用迭代方法的成立条件 37

2.5.2 在区域ix和区域x中应用迭代方法的成立条件 40

2.5.3 在区域xi和区域xii应用迭代方法的成立条件 42

2.6 综合分析 45

参考文献 47

第3章 直线定位闭式解方法 49

3.1 直线特征定位方法研究概述 49

3.2 互相垂直且交于两点三条直线的定位算法 52

3.2.1 空间直线在摄像机坐标系下的位姿 53

3.2.2 刚体变换 57

3.2.3 实验结果与分析 58

3.3 门型三条直线的定位算法 59

3.3.1 门型三线在摄像机坐标系下的位姿 60

3.3.2 坐标系变换 63

3.3.3 实验结果与分析 64

3.4 Z型三条直线的定位算法 66

3.4.1 Z型三条直线在摄像机坐标系下的位姿 66

3.4.2 计算R和T 70

3.4.3 实验与结果分析 71

参考文献 72

第4章 交于两点三条直线的定位方法 74

4.1 引言 74

4.2 交于两点三条直线的定位算法 75

4.2.1 问题描述 75

4.2.2 定位算法 76

4.3 交于两点三条直线定位算法的正确解判定 81

4.3.1 解的模式 81

4.3.2 判定正确解 83

4.4 交于两点三条直线定位算法的迭代方法 85

4.4.1 基于几何意义搜索 85

4.4.2 基于步长加速法迭代 86

4.5 交于两点三条直线定位算法的单调区间 87

4.5.1 区域一满足单调性证明 89

4.5.2 区域二满足单调性证明 95

4.5.3 区域三满足单调性证明 98

4.5.4 区域四满足单调性证明 100

4.6 实验与结果分析 103

参考文献 105

第5章 直线定位鲁棒性研究 107

5.1 直线定位的鲁棒性研究概述 107

5.1.1 量化误差 107

5.1.2 定位模型最优选线 108

5.1.3 定位模型最优摆放 108

5.2 量化误差研究 109

5.2.1 直线定位问题的描述 109

5.2.2 直线定位量化误差分析 110

5.3 定位模型最优选线分析 112

5.3.1 最优选线优化目标函数 112

5.3.2 确定定位模型最优选线 112

5.4 定位模型最优摆放位置分析 114

5.4.1 最优摆放位置优化目标函数 114

5.4.2 定位模型最优摆放位置的确定 114

5.4.3 仿真实验 115

参考文献 116

第6章 基于直线特征和曲线特征的旋转体定位方法 118

6.1 旋转体定位概述 118

6.1.1 曲线特征定位 118

6.1.2 旋转体定位 119

6.2 基于直线特征的旋转体定位方法 120

6.2.1 模型描述 120

6.2.2 解的唯一性讨论 121

6.3 基于曲线特征的旋转体定位方法 122

6.3.1 模型描述 122

6.3.2 特征点提取 123

6.3.3 解的唯一性讨论 124

6.4 实验与结果分析 128

6.4.1 基于直线特征的仿真实验 128

6.4.2 基于曲线特征的仿真实验 129

6.4.3 仿真实验结果分析 129

参考文献 131

第7章 单目定位的特例与应用——抓取目标定位定姿 133

7.1 “人机系统”理论的发展现状 133

7.1.1 “人机系统”理论的提出 133

7.1.2 人机交互与虚拟现实技术 134

7.1.3 “人机系统”理论与机器人技术 135

7.2 “人机系统”的构成 137

7.3 抓取目标定位 138

7.3.1 系统构成及测量原理 138

7.3.2 系统标定 139

7.3.3 抓取点定位 140

7.3.4 误差分析 141

7.4 抓取目标定姿 145

参考文献 147

第8章 单目定位的特例与应用——机器人视觉伺服和系统实验 149

8.1 视觉伺服的研究现状 149

8.1.1 机器人视觉伺服的研究背景 149

8.1.2 视觉伺服的研究现状 149

8.1.3 视觉伺服控制方式的分类及结构形式 151

8.2 实验系统构成 153

8.3 特征点提取与手臂定姿 154

8.3.1 特征点提取 155

8.3.2 迭代搜索算法与手臂定姿 155

8.4 机械臂运动学 155

8.5 工具坐标系与摄像机坐标系的标定 157

8.6 视觉伺服 157

8.7 系统实验 158

参考文献 160