激光光斑中心位置的亚像素定位技术研究

激光光斑中心位置的确定是墩顶位移测量系统中进行位移量计算的关键与核心,能否准确定位光斑中心直接关系到计算的准确程度。利用MATLAB对由墩顶位移测量系统采集到的激光光斑图像采用噪声消除和中值滤波进行图像平滑处理,提高目标与背景的区分度,为提取目标创造条件。其次,利用Canny算子对图像进行分割,以便从复杂背景中提取目标图像。最后,根据所提取的目标利用亚像素细分算法中的灰度重心算法求出激光光斑的中心坐标,为实现墩顶位移的精密测量提供了关键数据。     

基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取方法

针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统 中光斑图像中心提取的问题,在分析用 于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高 斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相 关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进 型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过 本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法 对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提 取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表 面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度 测量系统的光斑提取。     

激光制导武器目标光斑检测系统设计与实现

为了实现激光制导武器目标光斑检测系统对远距离的来袭激光光斑的捕获与定位,采用机器视觉检测技术设计并实现全数字化、实时、高精度的激光检测系统。系统针对CMOS探测器采集到的激光光斑图像,采用硬件实现改进的快速二维中值滤波算法进行图像滤波处理,最大类间方差算法进行灰度图像阈值分割,灰度重心法进行中心提取,实现了精确中心定位。实验验证和误差分析表明,该系统具有很强的抗干扰性及精确的坐标定位,坐标误差在1mm以内。     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

提高外场重频激光光斑测量距离的研究

为评定激光指示器对运动目标的指示精度,通常使用激光光斑测量系统,测量照射在靶标上波长为1.064μm的激光光斑位置。而现用激光光斑测量系统的最大探测距离仅为500 m,需要大幅提高。本文通过分析制约激光光斑测量距离的因素,研究了提高外场重频激光光斑测量距离的技术途径,在选用可精确控制快门曝光的近红外高量子效率摄像机的基础上,设计了快门最优控制策略。在保证激光光斑录取率99.9%的同时,通过控制摄像机曝光时间,将激光光斑图像信噪比提高了约2倍多。外场测量时,对重频激光光斑的测量距离达到了2 000m,满足了对运动目标测量的精度要求。     

基于空间矩的激光光斑中心亚像素定位

首先介绍了火炮身管弯曲度测量系统的构成,然后阐述了基于二阶空间矩算子的亚像 素定位算法,在此基础上对激光光斑中心位置进行高精度测量。先使用LoG算子把光斑边缘定位到单像素精度,然后使用二阶空间矩算子进一步细分,使边缘定位达到亚像素精度,再通过拟合计算得到光斑中心坐标。同时还进行了常用光斑中心定位算法与空间矩算法的对比实验,并对实验结果进行了定量分析。实验结果表明,二阶空间矩算法比常用光斑中心定位算法的定位精度有较大提高。     

基于圆定位算法的远场激光光斑中心测量

激光光束中心位置的测量精度直接决定了激光武器的作战效能,由于激光武器都是远距离作战,传统激光光斑中心位置测量算法对远距离激光光斑中心的检测都存在一定的不足;在对传统激光光斑中心位置计算方法实际应用局限性进行研究的基础上,提出了圆定位算法确定激光光斑中心位置的方法,通过试验验证了该算法的有效性,并将该算法成功运用于实际的远场激光光斑测量设备中。     

固体激光远场瞬时光斑时空分布测量技术

基于漫透射CCD成像法原理,建立了固体激光瞬时光斑时空分布测量系统。开展了该测量方法的可行性验证实验,能够精确地获得激光远场光斑图像,并运用Matlab软件对测量数据进行处理,得到激光远场光斑半径、光束质量、质心位置、光轴抖动、光强分布以及平均功率密度等参数。实验结果表明:利用漫透射CCD成像法测量固体激光远场瞬时光斑时空分布是可行的,测试系统采集频率可达120 Hz。该方法具有高分辨率、高帧频、低成本、使用方便的突出优点,能同时实现激光强度分布和功率的测量,测量功率误差小于2%。     

TFT-LCD面板光学检测自动对焦系统设计

针对TFT-LCD面板尺寸大、厚度薄、光透过率高的特性,建立了基于激光三角测距法的自动对焦系统.采用光学回路和机械结构设计,对激光光斑中心位置准确求取以及自动对焦原理等算法进行了研究.首先,根据激光三角法测距原理进行了光学回路设计,并以纳米定位平台作为微小行程对焦驱动轴.其次,通过分析光斑图像特性,调节相机快门调整曝光...     

基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计

为了缩短热物理激光光斑位置的测量周期,提高热物理激光光斑位置的测量水平,提出了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计。利用计算机视觉技术计算热物理激光光斑的初始位置,根据热物理激光光斑位置特征的提取流程,完成了热物理激光光斑位置特征的提取;利用热物理激光光斑质心位置与解算值的关系式,得到了热物理激光光斑的估计位置,结合热物理激光光斑位置测量算法流程,完成热物理激光光斑位置测量算法设计;最后通过热物理激光光斑位置的测量流程,实现了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置的精确测量。实验结果证明,基于计算机视觉的热物理激光光斑位置测量方法与其他两种方法相比,热物理激光光斑位置的测量周期明显缩短了。     

六点法激光定位抓取的误差分析

针对传统方法进行定位抓取准确性差、分辨率低、操作不便捷等问题,提出使用六点法结合激光三角法的定位抓取技术。相关参数的选择是影响激光三角法的测量精度,以及被测物体上激光点坐标获取时的误差的主要因素。通过分析六点法和激光三角法的基本原理,基于布尔沙模型,推导得到测量误差与相关参数之间的关系。利用MATLAB仿真分析参数与激光三角法测量过程中传感器灵敏度和测量误差的关系,以及对被测物体上激光点具体坐标获取过程的影响,最终得出误差随相关参数变化的规律,对避免测量粗大误差具有一定的实际意义。     

圆柱面任意方向裂纹的双线阵激光热像检测

圆柱铁氧体磁芯为黑色柱体,裂纹对比度不高,传统机器视觉裂纹成像效果不佳。激光红外热成像技术根据试样表面的温度分布情况检出裂纹缺陷,可用于解决低对比度微小裂纹的检测问题。常用的线激光、点激光在检测裂纹时,平行于激光扫描方向裂纹往往因两侧热流较小而无法检出。双线阵激光热成像检测系统,线阵激光错位排布,营造多方向热流,可实现任意方向裂纹检测。为验证双线阵激光对任意方向裂纹的检测可行性,仿真模拟了0°、45°、90°裂纹的双线阵激光扫描过程。线阵激光由于各点光斑功率分布存在较大的非均匀性,不同参数设计对裂纹检测效果影响大。因此,优化点光斑半径、点光斑中心距、线阵激光错位间距、线阵激光间距、运动速度等设计参数实现裂纹检测信噪比提升。裂纹成像算法根据温度空间梯度成像裂纹,由于光斑的非均匀性,裂纹在两束激光间不同相对位置的梯度大小各不相同。算法选取裂纹在两束激光间具有较大相对梯度的位置,通过多幅梯度图像融合,实现任意方向裂纹检测。对4个具有水平、垂直、倾斜自然裂纹的铁氧体样品进行实验,成像结果清晰直观地显示出所有裂纹。     

一种基于改进ORB算法的双目视觉测距方法

针对传统基于特征点图像匹配算法误匹配率高和 双目视觉系统测量精度低问题,提 出一种基于改进ORB 算法的双目视觉测距方法。首先采用引导滤波对图像进行预处理,然 后将FAST 检测得到的特征点作为中心,得到围绕该特征点的区域,将该区域进行分割, 分别求出左右区域的质心坐标,根据两质心坐标进行主方向的确定;再采用Sobel 算子计 算出像素点水平和垂直梯度,比较每个像素点对之间水平与垂直梯度中的较大值,把比较 结果串成一个二值位字符串的形式,从而形成描述符,采用汉明距离进行匹配;最后在测 量阶段用二维二次函数拟合的方法获得特征点的亚像素坐标,通过三角测量原理获得对应 特征点的空间三维坐标,从而得到被测物体的尺寸。实验结果表明,本文改进算法的匹配精度较 传统ORB算法提高35.25%,同时测量的最低相对误差达到0.428%,满足测量要求。     

基于反射强度和K-means聚类的平面标靶定位研究

平面标靶的定位是3维激光扫描数据处理过程中的重要一环。为了减小中心坐标提取对多站数据拼接配准、不同坐标系转换、辅助定位等精度的影响,提出了一种基于最小二乘法、K-means聚类法以及扫描点反射强度值的新方法,并进行了理论分析和实例验证,取得了准确的定位数据。首先采用总体最小二乘法对扫描数据中的粗差点进行剔除,然后基于扫描点反射强度值和K-means聚类方法进行区域分类,接着对中心坐标提取,最后对中心坐标进行计算得到坐标位置。结果表明,在一定距离内,该方法可以在实际应用时获得较高的定位准确性,在不同方向上与软件自动识别的坐标相差在亚毫米级,与实际测得标靶距离相差也在亚毫米级。该研究对实现平面标靶中心坐标自动提取是有帮助的。     

成像型激光探测系统中光斑精确定位方法研究

为了在探测图像中实现对激光光斑的精确定位,进而达到系统对激光光源精确定向的目的,引入了亚像素检测的算法.并针对小同大小的光斑分别采用了重心法和基于空问矩的综介检测方法.进行了理论分析和实验验证.取得了小同光强下光斑坐标均值和均方差数据。结果表明.这种方法在扩展检测动态范围的基础上可以使激光光斑定位精度达到在0.2个像素以内。这一结果对保证系统对激光源的精确定向是有帮助的。     

基于光斑位置的起重机轨道高度差自动检测方法

针对目前起重机轨道自动检测技术无法满足轨道检测要求的问题,文中提出基于光斑位置的起重机轨道高度差自动检测方法.在轨道两侧分别放置激光发射器与成像板,激光经过传输,投射在成像板上形成光斑图像.对光斑图像灰度分布进行修整,增强图像清晰度与灰度分布差异.利用改进二维Otsu算法准确分割光斑图像,提取光斑边缘进行圆拟合.计算边...     

激光三角法改进的显微镜快速自动对焦方法

为了满足TFT-LCD显微镜光学检测系统在工业上的需求,基于激光三角测距法提出一种改进的显微镜快速自动对焦方式,并建立了光路数学模型。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的激光,激光光束在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个半圆光斑。以对焦完成时CCD上的光斑半径最小为基准,给出了离焦量与光斑信息探测量之间的数学模型关系,实时控制PZT进行自动调焦。根据给定的数学模型,利用高斯曲线拟合对光斑中心进行定位并计算离焦量,实现对实时控制压电陶瓷的自动对焦。在50倍物镜下的实验结果表明:实际测量值与理论值有很好的线性度,在±30μm的对焦平面上对焦重复定位精度可达到0.2μm,对焦时间在0.26 s。与传统的显微镜对焦方法相比,该方法有较高的精度、较好的线性度和更高速等优点,可满足工业光学检测的需求。     

激光测距仪与相机信息融合过程中位姿标定方法

激光测距仪与视觉图像的融合研究在最近的工业机器人等应用领域中受到越来越多的关注,其中对这两种仪器的位姿标定有利于对二者信息的有效融合。以单点激光测距仪和相机的位姿融合为主要研究内容,提出两种确定两者相对位置和方向的标定方法,在建立光斑相机坐标的基础上分别以可见光斑和不可见光斑为研究内容,分别通过光斑的坐标和平面约束对两种情况建立标定方程,并结合实验验证两种标定方法的有效性和可靠性,实验结果表明:在有限次测量次数的情况下标定结果能够使重投影误差达到3个像素以内,而且运算时间大大减小。     

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 m内。     

基于圆拟合的非完整圆激光光斑中心检测算法

为了确定非均匀、非完整圆小孔激光光斑的精确中心,提出一种基于圆拟合的非完整圆小孔激光光斑中心检测新方法.该方法通过灰度形态学算法对激光光斑进行阈值分割,从水平和垂直两个方向检测粗略的激光光斑边缘,利用边界生长法消除比较短的圆弧和孤立的边缘点,通过反复迭代拟合获得最佳的圆轮廓并拟合出最终的标准圆.实验结果表明本方法精度明显优于传统的大型激光装置自动准直系统中的重心法,完全满足了该系统中对于非均匀、非完整圆小孔激光光斑中心求取的精度要求.