小视场集成成像三维信息获取技术研究

为了满足利用非接触式方法获取小 视场三维信息的要求, 研究了一种基于集成成像技术获取小视场三维信息的系统,并在借鉴传统微透镜阵列(MLA) 及相机阵列工作模式的基 础上,通过利用精密二维平移台,巧妙地将相机阵列应用于获取小视场三维信息中。系 统工作时,首先将相机 获取的图像合成元素图像阵列,并运用相应的算法实现三维重建与测量。实验结果表明,本 文系统获取了相对清晰、没有相互串扰的元素图像阵列,实现了完整且细节丰富的三维 图像再现;可以 获取待测物体上任意一点的三维坐标,并且三维测量误差保持在0.3 mm 以内。实验结果相对理想,为集成成像技术应用于高精密测量提供了理论基础。     

基于墙体补偿与多视角融合的穿墙雷达建筑物布局成像算法

穿墙雷达能够对建筑进行布局成像,并准确获取建筑内部结构信息,已广泛应用于灾害搜救、反恐作战等领域。针对建筑物墙体穿透导致的墙体展宽、位置偏移和墙体多径杂波导致的多径鬼影等成像问题,本文提出了一种基于墙体补偿与多视角融合的建筑布局成像算法。首先,对雷达回波的后向投影成像结果应用Radon变换,通过恒虚警率检测提取峰值,提取墙体位置信息,以墙体前后表面中心为分界线将图像分割为两个子图像;其次,对包含偏移墙体的子图像进行自适应补偿,矫正墙体位置;最后,对多个视角成像结果进行图像融合,抑制多径鬼影。仿真结果表明,该方法可以有效解决图像中墙体展宽、位置偏移和多径鬼影问题,得到正确清晰的建筑布局图像。     

基于ISAR图像的矢量脱靶量算法研究

ISAR作为成像雷达的重要分支,其在军事上的应用越来越受到人们的重视,利用ISAR图像实现矢量脱靶量的测量就是其重要应用之一。在获取ISAR图像的基础上,利用同一帧“画面”将靶修正到其几何中心,弹修正到战斗部中心,并给出了修正方法。通过坐标中心平滑与坐标微分求解遭遇段坐标与速度;求取弹靶的分速度和加速度后给出了遭遇段参数相对距离、相对速度和角度的计算公式与方法,最后进行了参数精度分析。     

基于CCD图像处理的视度和视差自动检测系统

为了实现对视度和视差的客观检测,提高自动化检测程度,设计了一种基于CCD图像处理的视度和视差自动检测系统。对CCD视度和视差检测原理公式进行了推导,通过分析发现需要测量成像最清晰时CCD光敏面的位置。为此,构建了像面可调的CCD摄像系统和图像采集与处理系统,采用扫描求解图像像素灰度值梯度的方法,实现图像清晰度测量和边缘提取;同时利用视频图像清晰度峰值搜索法,通过控制电机带动CCD光敏面朝图像最大清晰位置运动,实现CCD摄像系统的自动对焦,并完成对成像最清晰时CCD光敏面位置的测量。最后通过对装备视度和视差实际检测,表明视度检测不确定度在0.15 D以内,视差不确定度在0.3分以内,与传统方法相比,检测结果客观准确,自动化程度得到了提高。     

基于靶标的三目视觉3维坐标测量系统

为了解决复杂环境中大视场、高精度、非接触3维测量问题,采用三目摄像机结构,通过靶标成像来测量被测点3维坐标的测量系统。测量时摄像机采集测量靶标的图像,计算机通过图像处理的方法获取测量靶标上标志点的3维坐标,并提出基于被测点与标志点间距离方程与直线约束的被测点求解优化方法。测量系统通过高精度光栅位移平台带动测量靶标移动来完成测试。结果表明,测量系统在视场范围、测量精度、使用灵活性等方面有较大的改进,能够测量视场深度从2m~5m范围内的视场,测量精度优于0.2mm。     

三轴视觉测量系统自动对焦技术

为了减少三轴视觉测量系统在对焦过程中的时间消耗和提高对焦的准确性,提出基于光学离焦模型的自动对焦算法。自动对焦算法评价函数采用Tenengrad梯度函数,搜索算法分两步:（1）将光学离焦模型分解成两个曲线函数,通过采集4张图像的清晰度值和x轴坐标求出两条曲线函数,最终得到两条曲线的交点位置,交点位置即为正焦位置粗定位位置;（2）在交点位置采集1张图像以及在交点左右两侧各采集2张图像,通过高斯函数拟合得到拟合高斯函数的均值,均值即为准确的正焦位置。为了验证本方法的有效性,首先进行10次重复性试验,验证算法粗定位的重复定位误差4.1 μm。其次,在粗定位位置采集1张图像及其两边各采集2张图像,通过高斯拟合得到精确正焦位置,10次精确位置的重复定位误差为5.1 μm。该算法只需采集9张图像,得到的合成标准不确定度为2.12 μm。该方法提高了三轴视觉测量系统的对焦效率和精度。     

光纤激光精密位移调整技术实验研究

为了将激光弯曲成形技术应用于精密位移调整领域实现亚微米精度的位移调整,自行设计和搭建了激光微位移调整与测量平台,将光纤激光通过线性透镜和扫描振镜聚焦在不锈钢薄板上作匀速扫描运动,实时监测加工过程样件自由端的输出位移。建立了样件激光微位移调整模型,在此基础上研究改变激光功率、扫描速度、光束照射位置以及离焦量等参数对调整位移的影响。结果表明,样件通过该平台实现了亚微米级重复精度的精密位移调整,改变激光照射位置是精确改变调整位移的首选;通过优化工艺参数,降低了激光加工过程中样件表面的损伤。     

像面位置可调定焦距标星电视系统结构设计

为了标定试验设备空间位置,研制了一种像面位置可调的定焦距标星电视系统.星光经主镜和次镜反射后通过透镜组聚焦,成像在CCD靶面上;采用直线位移平台改变CCD靶面沿光轴方向的位置,直线位移误差不大于0.002 mm,解决了由于温度变形使星像偏离CCD靶面产生成像不清晰的问题.通过可见光探测标星试验验证,定焦距标星电视系统的...     

数字显微全息中透镜组成像实验参数研究

在数字显微全息中,引入显微物镜之后,物体通过显微镜后所成像的位置难以确定,CCD接收到的图像的放大倍数并不是显微镜标示的放大倍数而是一不确定值,并且CCD离物体所成像的距离太近不能重建出清晰的图像。针对这些问题,提出当物体放置位置固定时,讨论在能重建出清晰图像的前提下,CCD与像之间满足的关系;CCD的放置位置固定时,给出物体的放置位置与CCD位置之间的关系。实验结果表明:经过透镜组之后,CCD放置在通过算法算出的距离之内时,能重现出清晰的全息图,当不满足物体与CCD之间的关系时,重现图质量较差。     

激光三角测量中图像传感器参量自适应控制

在激光三角位移测量中,为了减少由被测物体表面的反射特性以及测量环境的光干扰对测量的影响,提高测量精度,提出了一种新的图像传感器成像参量的自适应控制方法。推导了图像传感器的成像参量,详细地分析了这些参量对位移测量精度的影响,在理论分析的基础上提出了该方法,并通过实验的方法加以验证。结果表明,该方法能够根据外界环境变化自适应调整成像参量,有效地减小环境的干扰,提高位移测量的精度。     

基于光纤振动的激光散斑控制

散斑噪声的存在使得图像灰度剧烈变化,降低了图像分辨率,影响成像质量。为了控制散斑噪声,使用波长为405nm的激光作为显微系统照明光源,利用音圈电机振动光纤,通过对抛光玻璃显微成像,用CCD图像采集卡采集图像后进行了散斑噪声对比度分析。结果表明,在光纤振动幅度不变、振动频率在4Hz~55Hz内逐渐增加时,图像散斑对比度在0.0326~0.1197范围内逐渐变小;当频率大于51Hz时,图像散斑对比度曲线趋于平稳且对比度在0.0326处获得了最小值,图像清晰,达到良好的散斑控制。     

反远距成像相移剪切散斑干涉检测系统

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场,设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统,分析了光路的成像参量,并利用ZEMAX软件进行了模拟;讨论了发散光路时间相移的非均匀性,采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差;并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场,采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测,通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。     

像面散斑平均尺寸对散斑干涉条纹图的影响

散斑计量中,为了在动态测量中得到清晰的原始散斑条纹图,使更有效的提取相位信息,提出一种改变像面散斑平均尺寸大小对散斑成像影响的方法,进而改善原始散斑条纹图的清晰度。通过分析光路参数F数和放大倍数与像面散斑尺寸大小的定量关系,通过实验进行了验证。实验结果表明,形变量一定,系统放大倍数为1,成像透镜F值为4.5,或者,当F数为2,系统放大倍数为3.5,像面散斑平均尺寸大小为5.841μm,最接近像面尺寸5.86μm成像效果最好,经正余弦算法滤波后,得到的散斑条纹图最清晰,证实了像面上散斑尺寸大小对散斑条纹图的影响。     

红外光学系统中心偏差及装调方法研究分析

光学系统的装调是决定光学系统成像性能的关键因素,所以对于光学系统装调技术的要求日益增加。在红外光学系统中,中心偏差是光学系统成像质量决定性因素。为了保证镜头组件为共轴光学系统,倾斜偏心与水平偏心应调至最小。本文简述了红外中心偏差出现的原因及几种测量方法,并分析了中波无热化镜头的权重因子,重新设计了中波无热化镜头的机械结构。最后介绍了一种基于红外中心偏测量仪的中波无热化镜头的装调方法。     

基于聚类和特征检测的焊缝和钨针定位方法

钢管氩弧焊接过程中需要实时判断钨针针尖与钢管焊缝中心线是否对齐,以控制焊接质量。用肉眼判断误差较大,且效率较低。为此,提出一种基于聚类和特征检测的氩弧焊图像中焊缝中心线坐标和钨针针尖坐标位置计算方法。该方法利用幂次变换的方法增强图像对比度,用直觉模糊C均值聚类方法对图像进行二值化,用Canny算子边缘检测的方法提取图像特征,检测出钢管氩弧焊图像中的熔池、焊缝中心线以及钨针针尖位置。实验结果表明,该方法能够快速准确地定位焊缝中心线和钨针针尖位置。     

激光雷达主动偏振图像散斑抑制算法

针对激光主动偏振图像的散斑去除问题,提出了一种基于异向扩散的冲击各向异性滤波模型。该模型融合了冲击滤波器和小核值相似区算法,利用小核值相似区算法提取偏振图像边缘,减少了噪声对边缘检测的影响;针对不同的图像区域,自动调整冲击滤波器的系数,使得该算法既能保持图像边缘,又可以很好地抑制图像的散斑。使用八方向一阶差分估计小核值相似区算法的门限,门限估计更加准确;迭代终止条件采用完全散射区域的平均绝对误差作为标准,使得迭代次数更加合理。通过对比等效视数和边缘保持指数可见,冲击各向异性滤波算法的散斑抑制能力和边缘保持能力与传统的Lee和SRAD模型相比更加有效。     

激光跟踪视觉导引测量中靶标球球心定位方法

为解决现有激光跟踪测量系统中存在的搜索区域大、定位速度慢等问题,提出了一种基于单目视觉测量系统求解激光跟踪仪靶标球球心三维坐标,以此作为导引信息,引导单台激光跟踪仪实现多基准点自动测量的方法。对视觉测量所采用的椭圆识别和基于单目摄像机的球心定位算法进行了研究。首先,根据靶标球成像的特点,介绍了基于Gestalt的椭圆识别算法,实现了靶标球图像特征的自动提取与识别。然后,介绍了基于单目摄像机的球心定位算法,即根据图像椭圆方程、相机焦距和球半径求解球心三维坐标,并进行了仿真验证。最后,进行了实际的靶标球图像自动识别与球心定位实验。结果表明,采用文中方法测量两靶标球间已知距离约为550 mm时的RMS误差为1.728 2 mm。激光跟踪仪激光束搜索范围得到大幅减小,基本满足自动测量的快速性和高效性等要求。     

基于塑料光纤的激光散斑特性研究

为了解决激光成像系统中的散斑问题,利用ULN2003芯片驱动喇叭振动光纤对激光成像系统中的散斑特性进行了研究。采用波长为532nm的激光作为系统光源,通过线阵CCD图像传感采集系统对激光散斑图像进行采集,对塑料光纤在不同振动频率下的激光散斑对比度进行了分析。结果表明,在光纤振动幅度不变、振动频率在0Hz~20Hz内逐渐增加时,图像散斑对比度逐渐减小;当振动频率大于16Hz时,图像的散斑对比度趋于稳定,达到良好的散斑抑制效果,可用于激光显示及激光成像等领域。     

红外透镜检测中的自动聚焦技术

为了精准且快速的检测红外透镜的性能,设计了一套基于图像处理的快速红外CCD自动调焦测量系统,采用波长范围为3.7~4.8 m的中波制冷红外CCD相机,对透过红外镜头产生的像自动聚焦进行二次成像,通过图像的快速处理和分析,以检测镜头对称性和焦距等性能。重点分析了目前常用的自动对焦技术,针对该检测系统提出了灰度熵与统计学函数有机结合的自动聚焦方法,并通过大量的检测结果进行验证。实验结果表明系统重复定位的位置精度达到10 m。     

分光轴式多源图像融合系统近距离配准方法研究

为了解决分光轴式多源图像融合系统近距离图像配准问题,建立了一种双目成像配准模型,分析了分光轴系统的镜头中心距对配准精度的影响。该模型以物点对不同镜头的入射角差为切入点,以入射角差作为配准精度的判别依据,分析了配准精度随镜头中心距和物距的变化关系。结合探测器角分辨率和光轴调校精度,给出了分光轴系统像素级配准的距离范围计算公式,并且引入光轴初始夹角和图像像素平移量,实现近距离变视距图像配准。计算结果表明:分光轴系统光轴平行时可对某一最近距离至无穷远范围内配准,当调节系统对更近距离配准时,可在一段有限范围内配准,缩小镜头中心距和提高光轴调校精度可以扩大系统的配准范围。利用提出的配准距离范围计算方法,结合目标测距,实现了分光轴式红外与可见光图像融合系统近距离变视距图像配准。