Spherical Center Imaging Location Solution Method for Monocular Spherical Target

Yuanjiong Liu; Guan Cheng; Bo Tang; Maozheng He; Guozhong Jiang

doi:10.3788/LOP221932

Laser & Optoelectronics Progress, Volume. 60, Issue 12, 1211005(2023)

Spherical Center Imaging Location Solution Method for Monocular Spherical Target

Yuanjiong Liu^1,2,3, Guan Cheng^1,2,3、*, Bo Tang^1,2,3, Maozheng He^1,2,3, and Guozhong Jiang⁴

¹Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Its Control, Ministry of Education, School of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China

²Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China

³Institute of Precision Manufacturing, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China

⁴Jiangsu Jianlong Shore Power Technology Co., Ltd., Yixing 214200, Jiangsu, China

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Figures & Tables(16)

Fig. 1. Sphere imaging model

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Fig. 2. Schematic of Zernike moment edge detection principle. (a) Original edge map; (b) edge map after rotating φ

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Fig. 3. Flowchart of the proposed method

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Fig. 4. Blurred ellipse image with size of 140×140. (a) Ellipse without rotation; (b) ellipse after rotating 45°

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Fig. 5. 140×140 ellipse simulation error. (a) Horizontal axis error; (b) vertical axis error

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Fig. 6. 280×280 ellipse simulation error. (a) Horizontal axis error; (b) vertical axis error

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Fig. 7. Influence of salt and pepper noise on ellipse center. (a) Horizontal axis error; (b) vertical axis error

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Fig. 8. Monocular measurement experimental platform

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Fig. 9. Checkerboard calibration board

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Fig. 10. Experimental scheme for measuring the distance of spherical targets

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Fig. 11. Experimental results. (a) Experimental results of Group A; (b) experimental results of Group B

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Fig. 12. Experimental results of Group C. (a) Absolute deviation comparison; (b) cumulative absolute deviation comparison

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Table 1. Calibration results
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Table 1. Calibration results
$f_{x}$ $f_{y}$ $u_{x}$ $v_{y}$ $k_{1}$ $k_{2}$ $k_{3}$ $p_{1}$ $p_{2}$
2303.012 2303.633 1344.870 1010.973 -0.123 0.132 0.027 -0.000382 -0.000755

Table 2. Experimental results of Group A

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Table 2. Experimental results of Group A

Group	Center coordinate before correction /pixel	Measured value before correction /mm	Error value before correction /mm	Center coordinate after correction /pixel	Measured value after correction /mm	Error value after correction /mm
1	（340.826，115.024）	10.055	0.055	（340.090，114.776）	9.968	0.032
1	（264.222，115.977）	10.055	0.055	（263.653，115.727）	9.968	0.032
2	（264.222，115.977）	10.047	0.047	（263.653，115.727）	10.034	0.034
2	（187.397，116.945）	10.047	0.047	（186.993，116.693）	10.034	0.034
3	（187.397，116.945）	10.099	0.099	（186.993，116.693）	10.006	0.006
3	（110.848，117.984）	10.099	0.099	（110.610，117.731）	10.006	0.006
4	（110.848，117.984）	10.149	0.149	（110.610，117.731）	9.977	0.023
4	（34.633，119.028）	10.149	0.149	（34.559，118.771）	9.977	0.023
5	（34.633，119.028）	10.079	0.079	（34.559，118.771）	10.007	0.007
5	（-41.641，120.113）	10.079	0.079	（-41.552，119.856）	10.007	0.007

Table 3. Experimental results of Group B

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Table 3. Experimental results of Group B

Group	Center coordinate before correction /pixel	Measured value before correction /mm	Error value before correction /mm	Center coordinate after correction /pixel	Measured value after correction /mm	Error value after correction /mm
1	（-41.643，120.128）	10.038	0.038	（-41.554，119.870）	10.010	0.010
1	（34.651，119.043）	10.038	0.038	（34.576，118.787）	10.010	0.010
2	（34.651，119.043）	10.038	0.038	（34.576，118.787）	9.973	0.027
2	（110.829，118.025）	10.038	0.038	（110.590，117.772）	9.973	0.027
3	（110.829，118.025）	10.095	0.095	（110.590，117.772）	10.009	0.009
3	（187.371，116.960）	10.095	0.095	（186.968，116.708）	10.009	0.009
4	（187.371，116.960）	10.150	0.150	（186.968，116.708）	10.036	0.036
4	（264.222，116.004）	10.150	0.150	（263.653，115.754）	10.036	0.036
5	（264.222，116.004）	10.099	0.099	（263.653，115.754）	9.964	0.036
5	（340.793，115.047）	10.099	0.099	（340.057，114.799）	9.964	0.036

Table 4. Experimental results of Group C

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Table 4. Experimental results of Group C

Group	Center coordinate before correction /pixel	Measured value before correction /mm	Error value before correction /mm	Center coordinate after correction /pixel	Measured value after correction /mm	Error value after correction /mm
1	（344.135，111.779）	5.051	0.051	（343.394，111.538）	4.987	0.013
1	（305.716，112.475）	5.051	0.051	（305.059，112.233）	4.987	0.013
2	（305.716，112.475）	5.045	0.045	（305.059，112.233）	4.983	0.017
2	（267.466，113.043）	5.045	0.045	（266.892，112.801）	4.983	0.017
3	（267.466，113.043）	5.068	0.068	（266.892，112.801）	5.008	0.008
3	（229.153，113.643）	5.068	0.068	（228.661，113.400）	5.008	0.008
4	（229.153，113.643）	5.087	0.087	（228.661，113.400）	5.039	0.039
4	（190.598，114.274）	5.087	0.087	（190.190，114.029）	5.039	0.039
5	（190.598，114.274）	5.093	0.093	（190.190，114.029）	5.038	0.038
5	（152.295，114.942）	5.093	0.093	（151.968，114.696）	5.038	0.038
6	（152.295，114.942）	5.047	0.047	（151.968，114.696）	5.002	0.002
6	（114.182，115.503）	5.047	0.047	（113.937，115.256）	5.002	0.002
7	（114.182，115.503）	5.042	0.042	（113.937，115.256）	5.001	0.001
7	（76.118，116.148）	5.042	0.042	（75.954，115.899）	5.001	0.001
8	（76.118，116.148）	5.050	0.050	（75.954，115.899）	5.016	0.016
8	（37.956，116.784）	5.050	0.050	（37.875，116.532）	5.016	0.016
9	（37.956，116.784）	5.357	0.357	（37.875，116.532）	5.008	0.008
9	（-0.214，117.413）	5.357	0.357	（-0.213，117.159）	5.008	0.008
10	（-0.214，117.413）	4.978	0.022	（-0.213，117.159）	4.980	0.020
10	（-38.337，118.122）	4.978	0.022	（-38.254，117.867）	4.980	0.020

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Yuanjiong Liu, Guan Cheng, Bo Tang, Maozheng He, Guozhong Jiang. Spherical Center Imaging Location Solution Method for Monocular Spherical Target[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2023, 60(12): 1211005

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