多孔同轴度检测系统的研制

提出了一个多孔同轴度检测系统,它以无衍射激光束作为检测基准。介绍了检测原理和检测系统特别是检测靶的结构。用640pixel×480pixel的摄像机(光靶分辨率为0.0504mm/pixel),在5、15和24m进行同轴度检测,获得的标准差在x方向上分别为0.0193、0.0262和0.0428mm,在y方向上分别为0.0147、0.0181和0.0250mm。     

直线导轨四自由度同时测量方法的研究

提出了一种基于半导体激光单模光纤组件同时测量直线导轨四自由度误差的新方法。以单一准直的激光束作为测量基准,用角锥棱镜和分光器分别作为直线度误差、角度误差测量的敏感器件,实现了水平和竖直方向直线度及俯仰角、偏摆角四个自由度误差的同时测量。分析了系统的测量原理,进行了稳定性、重复性以及与美国API 5D测量系统比对实验,理论分析和实验结果表明,系统测量直线度的分辨率小于0.1μm,角度的分辨率小于0.5″,在测量距离为2 m的条件下,直线度、角度测量精度分别为±1.0μm/m,±0.5″。测量方法具有结构简单、移动部分不带电缆和现场测量方便等优点。     

以无衍射光为基准的内孔同轴度测量仪

沿着z轴方向传播的无衍射光决定了一条空间直线。加之无衍射光束的光轴比准直激光束稳定,适于作空间直线度/同轴度误差测量的直线基准。以无衍射光为基准,结合圆度测量及其修正技术,实现了一种内孔同轴度的高精度测量技术。介绍了内孔同轴度测量技术的工作原理,并从误差的理论分析和试验来作了证明。     

无衍射激光图像全程定中方法研究

为了解决工程实际应用中经常用作直线基准的无衍射激光图像的定中问题,提出了一个无衍射激光图像的全程定中方法.该方法根据无衍射激光图像在不同距离具有不同特征的特点,先将图像接特征分类,再采用相应的方法定中.介绍了图像分类方法和不同类型的光斑图像定中方法.详细介绍了基于局域最小亮度的靶状无衍射激光图像边缘检测方法.用640 pixel×480 pixel、光靶分辨率为0.0504 mm/pixel的摄像机,在不同距离各拍取50幅图像,处理结果表明,该方法图像分类准确,速度快,精度高且抗噪声性能好.     

基于干涉条纹的激光准直技术的检测系统

为了获得被测导轨的直线度误差信息,采用半导体激光器发出的激光,经准直扩束后照射到楔形平板上,利用楔形平板上下表面的反射作用,将这束激光分解为交角2α的交叉光束,在这两条平行激光束交叉的范围内产生干涉条纹。将此干涉光作为准直测量的基准,用线阵CCD作为光电转换器件固定在接收靶上;检测接收靶处于被测导轨任一测量点时干涉条纹在接收靶上的位置,得到了该测量点与准直光束的偏移量。进行了重复性实验以及与光电自准直仪的比对实验。在测量长度842mm时,直线度误差18.96μm,测量长度最远可达14m。结果表明,样机的性能、指标基本达到了预定目标。     

发散球面波对射光束角漂包容性能的研究

用锥镜产生的无衍射光可以具有大光学口径和光学数值孔径,使无衍射光对入射光束的偏心有一定的包容能力.为了研究无衍射光对激光束角向漂移(角漂)的包容性能,采用发散球面波入射光束,通过理论分析和试验验证可知,发散球面波的无衍射光对激光束角漂具有良好的包容性能.结果表明,此方法产生的无衍射光可适于作中、短距离连续空间直线度误差测量的直线基准.     

大光栅刻划机气浮刀架导轨设计与分析

尝试在大型衍射光栅刻划机中使用气浮导轨承载金刚石刻划刀具系统运行。气浮导轨同时承担刀具系统的承重与导向任务,由于使用气体作为润滑剂而接近零摩擦状态,可以避免触点磨损及低速爬行现象。分析了气浮导轨工作过程中产生的误差及该误差对刻划刀具运动轨迹的影响,并使用双频激光干涉仪测量刻划过程中刻划刀具运动的直线度误差。测量结果表明,金刚石刀具系统单向行程400 mm时,该误差约为200 nm,小于使用石英导轨承载刀具系统时的误差,同时在高频振动方面有明显改善。刻制一段79 gr/mm,400 mm×500 mm的中阶梯光栅,观察其衍射光斑并使用照度计检测得其不同位置杂散光强度为0.2‰~5‰,实验结果表明使用气浮导轨承载刻划刀具可以满足光栅刻划精度要求。     

基于射影变换的结构光测量系统中投影仪标定方法

在结构光三维轮廓测量系统中,对参数的标定是测量的首要关键技术,但投影仪参数的标定目前还存在着标定精度低等问题。提出了一种简便、高精度的投影仪标定方法,该方法通过投影圆点图案到一块本身带有圆形标志点的平板上实现。根据射影变换原理建立投影仪图像和摄像机图像的基本对应关系,然后对基本对应关系的误差使用二元四次函数拟合并进行补偿的方法建立两者的准确对应关系,进而获得平板上圆形标志点在投影仪上的准确图像坐标,完成投影仪标定。仿真和实验结果表明,提出的投影仪标定方法有较高的精度,其中实验验证投影仪标定误差最大值小于0.1pixel,有效值小于0.03pixel,系统测量精度可达0.06mm。     

红外凝视成像几何扭曲效应建模和仿真

为了增加红外凝视焦平面阵列系统成像仿真的置信度,对系统中的成像几何扭曲效应进行了产生机理分析,从二维图像像素角度出发,在空域通过寻求各阵列元对应像素点的径向畸变量建立成像扭曲模型,并利用反演解析的方法对畸变图像中的像素灰度值进行估算,实验仿真结果表明,几何扭曲效应的存在严重影响了系统的成像效果,几何扭曲效应的建模仿真对后续的系统性能评估和算法研究至关重要.     

光靶自动跟踪装置结构设计

在分析激光制导测量机器人技术和原理基础上,提出一种具有两自由度的光靶自动跟踪装置结构方案,介绍了光靶自动跟踪原理及特点并建立了三维数学模型.重点对光靶自动跟踪装置的机械结构进行了分析及设计,并对某些重要构件进行了强度校核,最后研制出光靶自动跟踪装置.光靶自动跟踪装置能够按照要求完成方位和俯仰运动,实现了对测量激光束的自动跟踪,不仅解决了测量过程中掉光现象,同时降低了激光束入射角度引起的测量误差,也验证了光靶自动跟踪装置结构方案的正确性和有效性.     

基于激光的车辆动态侧倾角测量

精确的车辆动态侧倾角检测是车辆控制、辅助安全驾驶的重要基础。针对车辆动态侧倾角难以直接测量的问题,提出一种基于激光和图像分析的车辆侧倾角动态测量方法。本文方法通过在车体上安装激光光源、成像单元,实时拍摄获取激光图像。依据车体、路面、激光光斑和成像单元的几何关系,通过图像分析即可实时计算车辆相对于路面的侧倾角。这一方法简单、便捷,结果不受车辆运动影响,是一种精度相对较高的实验测量方法,对于车辆运动侧倾角测量的各类相关实验研究都具有很高的实用价值。     

基于图像形态学激光模具裂纹修复技术研究

为了探究小功率激光模具自动修复技术,利用同轴视觉采集系统采集模具的裂纹图像,结合数字图像形态学细化处理识别裂纹位置信息,建立了数字图像处理流程,得到裂纹的轨迹信息,将裂纹轨迹信息矢量化后,经曲线拟合生成数控代码,导入到数控系统完成激光模具修复。裂纹图像经图像去噪增强、形态学细化等处理后,能够有效地得到裂纹中心线,将裂纹位图矢量化后转为DXF文件格式,通过CAM软件生成数控加工代码。结果表明,该方法加工精度达到0.0368mm,满足模具修复的精度要求;通过图像形态学细化处理技术可以实现激光模具自动修复。这对激光加工设备实现自动化和智能化提供了理论支持和技术基础。     

应用于铁轨平直度检测的激光测量系统的研究

为了能够对铁轨的平直度参量进行精确测量,设计了一种基于自准直原理的嵌入式激光测量系统,其检测系统主要由图像采集和传输模块、图像处理和数据处理模块及激光测距模块组成,系统将接收的光斑图像通过一系列图像处理后,将距离参量和图像参量带入自准直算法中,求得铁轨平直度偏移量,并能够保证其测量精度在0.3mm.结果表明,该系统可以在一定程度上代替传统的轨道测量方法,使得测量过程更加简便、精确.     

一种基于极线约束的激光条纹匹配算法

提出了一种基于极线约束的激光条纹匹配算法.先通过双CCD摄像机摄取左右两幅图像,然后对图像进行预处理.处理之后的两幅图像是在不同视角下摄取的两条单像素宽的激光条纹,在极线约束和连续性约束的理论基础上,提出了一种直线和曲线求交的匹配方法,从而实现了激光条纹的快速精确匹配和激光扫描线的三维重建.     

基于图像式传感器的铁路轨距检测系统研究

传感器在铁路安全维护方面应用广泛。为了实现实时在线轨距测量,将激光技术与CCD图像式传感器相结合,建立车载轨距机器视觉检测系统。首先介绍系统的构成与工作原理,并提出基于去噪前置与距离变换算法的快速轨道轮廓中心线提取方法。然后采用强对比度拉伸和指数变换的方法进行图像增强,并结合高斯平滑与动态感兴趣区域对图像进行快速去噪前置处理。最后对图像进行精确阈值分割处理,采用距离变换的方法得到轨道轮廓中心线并定位轨距测量点。结果表明,该系统检测精度满足-1mm~+1mm,图像帧处理速率为14.35m/s。轨距机器视觉检测系统满足实时在线轨距检测对系统鲁棒性、检测速度和精度的要求。     

基于图像区域划分的轨道缺陷自动检测技术研究

轨道表面缺陷检测是保障铁路运输安全的重要手段之一,本文设计了基于机器视觉的轨道缺陷自动检测系统,并对钢轨表面缺陷提取技术进行了研究。改进了最大类间方差自适应阈值分割算法,提出了基于轨道峰区检测的自适应二值图像投影法快速提取钢轨表面区域;最后,采用内部点掏空法和链码跟踪算法获取并存储缺陷轮廓信息,实现了钢轨表面缺陷区域的自动检测。实验结果表明:本文所采用的方法可快速定位钢轨区域,并自动准确提取缺陷图像,平均每幅图像耗时11 ms,从而为后续缺陷的测量和识别奠定基础。     

基于小波变换的陆轨两用车铁轨图像边缘检测

为了能够实时采集铁轨图像以实现陆轨两用车在站台与铁轨之间顺利切换,介绍了一种基于多尺度小波变换和自适应阈值的图像处理方法,选用二次B样条小波对图像传感器采集到的铁轨图像进行多尺度边缘检测,结合了非极大值抑制方法和自适应阈值方法提取最终边缘图像.对比几种经典的边缘检测算子,小波变换的图像边缘检测对铁轨图像的处理结果较好,实现了路轨两用电动车陆/轨转换的准确定位.     

基于线激光的自然条件下路面车辙实时检测方法研究

对路面车辙线激光实时检测方法进行了研究，在自然驾驶条件下，采用激光器向路面连续发射线激光，通过高分辨率相机动态获取路面车辙激光线的序列图像，并对路面车辙进行实时检测。针对路面复杂背景强干扰条件下的车辙激光线难以提取问题，对路面车辙激光线图像进行了特征分析，给出了非负特征测度定义及非负强度计算公式，提出了基于非负特征和峰值连续性的路面车辙激光线提取方法。该方法不再采用图像处理常规方法，而是利用峰值连续性快速跟踪路面车辙激光线的显著脊点与非显著脊点，实现路面复杂背景车辙激光线的快速和精确提取。在不封路、不停车、不阻碍交通的自然运行条件下，进行了大量的路面车辙检测实验，实验结果验证了文中提取方法的有效性和准确性，解决了自然条件下路面车辙激光线的快速和精确提取问题，为路面车辙的自动检测及路面质量评价提供技术支撑。     

紫外图像处理方法

针对紫外成像存在噪声干扰的问题,为获取高品质的紫外图像及对目标准确检测,对典型紫外成像系统进行了研究。分析了紫外成像噪声干扰原因,建立了紫外目标场景模型。并以此研究紫外图像复原方法,对单幅图像进行门限处理,去掉背景噪声。然后对连续多帧图像进行均值处理和时域递归滤波,阈值分割后得到较好的图像输出。从图像输出结果可以看出,多帧图像均值处理和时域递归滤波都能有效地去除紫外图像中的随机噪声,特别是时域递归滤波方法对于图像复原有更好的效果。     

远场激光光斑图像处理方法研究

常用的基于高斯光束特性的激光光斑图像处理算法,处理远场光斑图像会丢失部分能量较低的光斑数据,致使处理出的光斑能量密度低端精度不能达到0.01J/cm2的需求。为了得到更精确的远场激光光斑数据信息,提出了基于噪声特性的激光光斑图像自动阈值处理算法。该算法在分析系统噪声特性的基础上,依据3原则确定图像提取阈值进行光斑图像处理。通过试验验证了该算法既能够有效抑制系统噪声,又能够改善光斑图像的处理质量,恢复光斑图像丢失的数据信息,使光斑能量密度低端达到探测需求。结果表明,基于噪声特性的光斑图像处理算法能够有效提高远场激光光斑的处理精度,更适用于远场激光光斑图像的处理。