基于图像处理技术的刀具测量系统

阐述了一种高精度刀具测量系统.被测刀具采用白炽灯照明.其图像由数码相机摄取并通过USB接口传输到计算机中,图像处理程序采用Zernike正交矩亚像素算法提取刀具轮廓,计算出刀具的精确几何参数,并从串口输出.文章详细讨论了Zernike正交矩算法,并对实际测量结果进行了分析,证明系统精度可达到4μm.     

机加工表面粗糙度的光切显微成像测量方法与试验研究

为了改善机加工表面光切显微图像的轮廓提取效果,提高表面粗糙度的测量精度,在建立了基于光切显微成像的机加工表面粗糙度测量系统的基础上,针对光切显微图像提出了基于Zernike矩的轮廓亚像素边缘检测算法,建立了最大类间方差法与传统Zernike矩相结合的模型,提高了亚像素边缘点的定位精度。在此基础上采用最小二乘拟合法确定了轮廓基准中线,根据国家标准建立了轮廓的算术平均偏差Ra的数学模型,实现了机加工表面粗糙度的非接触、高精度测量。试验结果表明,在机加工表面精度等级在7~10级时,算法耗时约15ms,该方法所测量表面粗糙度的相对误差不超过5%,具有较好的精度和实时性,提高了测量效率。     

融入一维概率Hough变换与局部Zernike矩的双目视觉测量

针对被测物体理想角点不易检测致使测量精度不高的问题，提出一种融入一维概率Hough变换与局部Zernike矩的双目视觉测量方法。首先利用一维概率Hough变换对物体外轮廓边缘进行直线检测；然后根据直线检测结果建立感兴趣区域，在各局部区域内利用Zernike矩进行亚像素检测，并在两相邻感兴趣区域的相交范围内完成亚像素点筛选；之后通过正交总体最小二乘法进行亚像素边缘直线拟合，并进行关键点匹配；最后利用三角测量原理获得被测物体的三维空间信息完成测量。以连铸坯模型为测量对象，实验结果表明：此算法最小相对误差达到0.340 1%，满足测量要求。长度相对误差均值为0.394 5%，与传统SIFT,ORB算法相比分别降低80.01%和74.63%；与其他边缘拟合算法相比测量误差减小34.11%，运行时间缩短39.07%，验证了此算法的精确性和高效性。     

基于Zernike矩的管道弯曲度高精度检测

介绍了管道弯曲度测量系统的工作原理，提出了一种基于Zernike矩的管道弯曲度高精度检测方法。利用LoG算子把激光光斑边缘定位到像素级精度，然后使用Zernike矩算子进一步细分，使光斑边缘定位达到亚像素级精度，通过拟合计算得到光斑中心坐标，从而得到弯曲度的大小和方向。同时还进行了常用光斑中心定位算法与Zernike矩算法的对比实验，并对实验结果进行了定量分析。实验结果表明，Zernike矩算法的定位精度和速度均达到满意的结果。     

采用相移干涉原理的平面度测量系统误差分析与校正

相移干涉法具有非接触、快速和高精度等优点,采用实验室组建的相移干涉系统进行平面度测量时,会产生280nm左右的测量误差。通过对系统误差的分析,发现由扩束器产生的波像差是测量误差的主要来源。为了校正该测量误差,采用Zernike多项式拟合波前像差,然后在平面度测量时扣除该数值拟合结果。实验结果表明,这种误差校正方法可以使λ/4平面反射镜的测量结果从误差校正前的320nm左右减小到120nm左右。     

基于改进形态学梯度和Zernike矩的亚像素边缘检测方法

为满足电荷耦合器件(CCD)图像测量系统的快速、高精度测量要求,提出了一种基于改进形态学梯度和Zernike矩算法的图像亚像素边缘检测新方法.基于CCD图像灰度和空间结构信息特点,该算法先利用改进的数学形态学梯度算子进行边缘点的粗定位,在像素级上确定边缘点的坐标和梯度方向;然后再根据构造的边缘点向量和参考阈值,用Zernike矩算法对边缘点进行亚像素的重新定位,实现图像的亚像素边缘检测.仿真图像和实际图像的边缘定位实验结果表明,与Zernike矩、LOG-Zernike矩及Sobel-Zernike矩算法相比,该方法具有更好的定位精度与抗噪性,且检测速度更快.     

抽样点对基于Zernike多项式曲面拟合精度的影响

在光学测量中,常以Zernike多项式作为基底函数对测量得到的离散数据进行拟合,把实际波面或面形表示为Zernike多项式各项的线性组合,用拟合得到的曲面方程去反应实际波面或面形的属性。现研究了用不同精度的测量设备得到的抽样数据进行基于Zernike多项式的曲面拟合,研究了测量设备精度和抽样点数目对拟合精度的影响,得出通过增加抽样点可以对由较低精度设备测得的抽样数据进行较高精度拟合的结论。     

基于改进Zernike矩的小模数齿轮亚像素边缘检测

针对传统Zernike矩亚像素边缘检测算法中奇数尺寸模板卷积的不对称性,在分析卷积不对称性和卷积窗口中心局限性对检测精度影响的基础上,提出一种改进的Zernike矩亚像素边缘检测算法。算法采用像素级边缘检测算子进行初定位,获取像素级边缘点;利用小尺寸奇数模板求解Zernike矩进行二级初定位,获取亚像素级边缘点;分析二级初定位边缘点所在区间;根据所在区间,选取偶数模板或者奇数模板求解Zernike矩进行精定位,获取更精确的亚像素级边缘点。为了验证算法的有效性,分别对模拟图像和实际图像进行亚像素边缘检测实验。根据齿轮的边缘特性,通过最小二乘拟合法评价算法对齿轮图像的检测效果。实验结果表明,该算法具有绝对定位精度高、抗噪性能强、曝光敏感度好的优点。     

大工件高精度内孔圆柱度的自动测量方法研究

针对非回转体类大尺寸工件的高精度内孔圆柱度测量难题,提出一种新的测量方法。通过对圆柱度误差的评定方法和采点方式的分析对比,确定比对式接触测量方式。以卫星观测跟踪支架为例,确定测量点提取方案采用鸟笼法,评价方法采用最大内接圆柱法,圆柱度测头采用高精度传感器3个截面布置,每个截面圆周均布8个传感器方式,高精度驱动机构带动测头进入内孔自动完成测量,通过圆柱度的软件算法自动计算出圆柱度,并分析测量结果,其测量误差符合测量仪器的最大允许误差为工件公差的1/10原则,测量结果完全符合工件的精度要求。整体测量方案集成三坐标测量机和圆柱度测量专机,实现整个工件的自动化智能检测。     

改进Zernike矩的运动靶标高精度定位算法

针对目前运动靶标中心定位检测精度低、实时性差的难题,提出一种改进Zernike矩的亚像素边缘定位算法.该算法将Zernike算法和迭代法相结合,首先采用传统的Zernike算法计算图像的阶跃灰度矩阵,在阶跃灰度矩阵的基础上采用迭代法计算得到最佳灰度阶跃阈值作为边缘判据;最后从矩模板和灰度边缘模型两个角度对误差进行了分析和补偿.以靶标中心定位为实验研究对象,采用改进Zernike矩算法对靶标进行亚像素边缘定位,然后利用最小二乘法拟合圆心坐标,最后通过坐标变换得到靶标的空间位置,测试结果表明:该算法能够准确对运动靶标中心进行定位,算法的检测精度优于传统算法,同时最佳阈值的自动选取相比于人工手动调试具有更高的效率.     

激光CCD二维自准直仪中圆目标中心精确定位算法

提出一种新的激光CCD二维自准直仪中圆目标中心精确定位算法。该算法采用变结构元多尺度广义数学形态学滤波算法滤除图像噪声,由Zernike矩定位算法得出目标轮廓的亚像素位置,用最小二乘拟合法精确获取圆目标的中心位置,并进行了实验。结果表明:该算法稳定性好,定位精度高,应用该算法后自准直仪的测量分辨力提高了10倍,在±2'测量范围内测量不确定度优于0.3″,有效地提高了自准直仪的测量分辨力和测量精度。     

基于阻尼最小二乘算法的计算机辅助装调方法

对于具有中心遮拦的光学系统装调,需要将获得的波前进行拟合求取低阶像差。但是Zernike圆多项式在环域上已不具有正交性,不能正确的计算低阶像差。而Zernike环多项式在环域上具有正交性,可以解决这个问题。基于阻尼最小二乘法的算法原理,运用MatLab实现了计算机辅助装调。文中对卡塞格林光学系统进行了模拟实验,验证了使用Zernike环多项式进行拟合的辅助装调程序的正确性。同时,对于辅助装调程序的应用范围也做出了分析。     

一种基于标定点拟合的铁路桥梁线性裂缝长度测量方法

针对走向不规则的铁路桥梁线性裂缝骨架,采用单一光滑处理的拟合算法很难精确表达裂缝轮廓特征。提出一种多项式曲线拟合方法,以裂缝轮廓标定点为边界点进行分段,然后再进行叠加来产生一条连续的轮廓曲线,进而实现裂缝长度的测量。通过对比不同形状的线性裂缝测量实验表明:所提算法不仅能有效消除裂缝骨架提取过程中产生的锯齿问题,而且该拟合曲线能够真实表达被测表面的轮廓特征,拟合相对偏差不超过0.15,测量精度达到98.05%,为铁路桥梁裂缝长度测量提供了一种新的测量方法。     

Zernike多项式拟合人眼波前像差的一种新算法

提出一种用于计算人眼波前像差函数中Zernike多项式拟合系数的精确算法。介绍了人眼波前像差的概念以及用Zernike多项式表示的人眼波像差函数,采用Householder变换对矛盾方程的广义增广矩阵进行正交三角化,导出求解拟合系数的算法。给出了人眼大、小瞳孔的像差测量计算实例,并对比了直接构造法方程组的计算结果和精度。对比多只眼睛的计算结果表明,该算法与直接构造法方程组的计算精度相当,各项拟合系数的相对误差都在10%以内。该算法避免了构造法方程组引入的计算误差,易于编程,是一种比较理想的求解Zernike多项式拟合系数的算法。     

基于非极大值抑制的圆目标亚像素中心定位

圆形目标在基于图像的测量系统中应用广泛,针对圆目标中心的高定位精度和快速提取的要求,提出了一种基于非极大值抑制的亚像素中心定位方法.该方法利用Sobel算子进行边缘检测,通过改进非极大值抑制方法获取连续细化的边缘,实现了像素级边缘定位,采用Zernike正交矩对边缘点进行亚像素级定位,并用最小二乘法进行二次拟合来获取精确的标志点的中心坐标.仿真图像和实测图像的实验结果验证了该方法的有效性和准确性,其定位精度可以达到0.02像素,通过测试算法的运行时间,证明该算法具有很好的实时性.     

大口径长条形反射镜组件自重变形的仿真与试验

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%,而球面方程拟合法的计算精度为12.6%;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。     

频谱泄漏抑制与改进介损角测量算法研究

研究分析了非同步采样时频谱泄漏和栅栏效应对介损角测量误差的影响,提出了一种基于Hanning自卷积窗的改进FFT介损角测量算法.首先采用Hanning自卷积窗对电压电流信号加权,然后利用离散频谱插值算法和多项式拟合方法进行离散频谱校正,获得基波相位角,最后根据电压、电流基波相位差实现介损角测量.在非同步采样时,本文算法只需用4阶Hanning自卷积窗进行加权即可充分抑制频谱泄漏的影响,基于改进FFT的介损角插值计算式具有运算量小,易于实现的特点.基波频率波动、采样频率变化、白噪声影响、谐波变化等情况下的介损角仿真测量实验结果和实验室条件下的实际测量结果验证了本文算法的准确性和有效性.     

用Zernike多项式进行波面拟合的几种算法

介绍了几种实现波面Zernike 多项式拟合的常用算法。为避免因直接构造法方程组而引入计算误差,这些方法归结为两种思路：一是从基底函数系入手,通过变换函数族的基底来改善法方程组状态;二是直接从矛盾方程组入手,应用Householder变换把系数矩阵正交三角化,直接求解拟合系数。特别是第二种方法由本文第一次提出,它避免了构造法方程组,从而避免了以前的方法因构造的法方程组出现严重病态而引入的计算误差,并且易于编程,因而是一种比较理想的实现Zernike 多项式拟合的算法。     

正交基函数多项式实时拟合 在轴角编码器测速中的应用

提出了一种基于正交基函数的多项式实时拟合方法,并应用于轴角编码器测速,解决了常规算法中拟合多项式阶数大于3阶时法方程组容易出现病态,进而使测速精度降低的问题。光电跟踪测量设备地面目标跟踪实验表明,该算法通过对拟合处理后的角度值进行微分运算得到角速率,能有效地降低编码器角度输出中随机误差对测速的影响。在典型实验条件下,与采用同阶拟合多项式的常规方法进行了比对,前者的测速误差标准偏差为0.013 43°/s,后者为0.028 15°/s,采用本算法提高了编码器的测速精度,适合在工程上应用。