时空二值编码结构光三维成像中的亚像素匹配方法

在时空二值编码结构光三维成像系统中,一个投影仪像素通常与摄像机图像坐标系的多个像素对应。为提高系统的测量精度及数据密度,提出了一种适用于时空二值编码结构光三维成像系统的摄像机与投影仪图像亚像素匹配方法。根据测量系统的二维传递函数的低通滤波特性和时空二值编码方案,对摄像机采集的图像采用时间正弦拟合的方法求解每个像素处的相位。由于该相位与投影仪图像坐标成正比关系,所以可以实现摄像机与投影仪图像的亚像素匹配。实验结果表明该方法可将系统的测量精度提高1个数量级。在相同实验条件下的测量精度与相位测量轮廓术的相当。     

一种Zernike矩的高精度板材尺寸测量方法

目前技术条件下,对于大视场的高精度边缘测量而言,工业级面阵CCD传感器的分辨率难以满足要求.文章针对钢板尺寸测量系统,首先介绍了测量环境和工作原理.继而在Zernike矩以及Zernike矩亚像素精度边缘检测原理的基础上,提出了适用于钢板尺寸测量的亚像素精度边缘检测算法.该算法不仅具较好的抗噪性能和检测精度,而且在传统界定边缘点的阈值处理方法上进行了改进,使边缘受限于单个像素的宽度范围内,能够实现亚像素精度的定位.系统实际运行表明,该方法能够有效提高测量精度,具有良好的效果和实用价值.     

面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。     

基于机器视觉的多圆弧对称零件测量方法研究

在实际工业生产中,对具有多圆弧对称特性零件的尺寸测量需求越来越多。而传统接触式测量方法大多存在测量精度不稳定、容易损伤零件和效率低等缺点。因此,本文基于机器视觉的非接触式测量原理,首先搭建一套双远心机器视觉测量系统,采集有效的零件图像。然后,利用亚像素边缘检测算法提取图像的亚像素边缘,并结合最小二乘法及多圆弧拟合内切圆的自定义Halcon算子,最终实现多圆弧对称零件的精密测量。为了验证所设计系统的有效性,本文对某球笼联轴器内套进行了稳定性和重复性测量实验。实验结果表明:该系统测量精度可达到001mm,且测量过程快速、稳定。     

基于CMOS图像传感器的实时二维相关测速法

为了提高非接触式测量的精度与实时性,以FPGA为基础提出了一种基于CMOS图像传感器的实时二维相关测速法。介绍了二维相关测速的原理和实现方法,推导出该方法的二维测速范围和测速精度。所采用的CMOS图像传感器具有1280×1024像素的分辨率,测量精度可达1个像素,并在此基础上采用求重心法进行8细分将测量精度提高到1/8像素。利用FPGA将传统的数学运算转换为逻辑运算提高了运算速度和可靠性,实现了实时性测量。通过实验验证了该方法的可行性。     

基于机器视觉的零件尺寸测量

提出了一种基于机器视觉的非接触测量方案,力求把非接触测量手段与零件尺寸测量问题更有效地结合起来。采用超分辨率重构技术消除噪声以及由有限检测尺寸和光学元件产生的模糊,从图像中获得更多的细节和信息。利用最小二乘回归亚像素边缘检测技术进行边缘定位及角点提取。基于机器视觉CCD摄像机采用线性回归法进行摄像机的标定。最后,实验分析和比较了基于机器视觉的零件尺寸测量的应用效果。     

基于图像的模拟相机标定方法的研究

从光学测量角度出发,结合计算机主动视觉中的相机标定方法及数字图像处理技术,提出了一种CCD摄像系统畸变校正方法.该法通过使用经纬仪,不需相机做任何运动就能实现全过程的标定.该方法在摄像机模型中全面考虑了镜头的径向畸变,利用图像中心附近点畸变量较小的性质,用中心附近点和全场视点对摄像机内部参数和像差修正参数进行标定,最后由最小二乘法得到摄像系统畸变模型的畸变系数,解决了CCD摄像系统的畸变校正问题.与传统的相机标定不同,畸变校正中仅标定数字图像中像素间距和相机焦距.该法运用了亚像素细分算法,提高了测试系统的精度,是一种简单、有效、实用的标定法.     

基于亚像素图像拼接的透明元件视觉测量方法

针对透明光学元件特征不明显以及机器视觉难以进行大视场、高精度尺寸测量的问题，提出一种基于亚像素图像拼接的视觉测量方案。该方案对相机坐标系与世界坐标系间的旋转角进行标定，获得精确的尺度因子与图像预匹配结果；图像坐标系旋转角校正后小于0.1°；通过添加网格背景实现透明元件特征匹配。所提基于滑动窗口预匹配、随机采样一致性筛选最佳偏移向量的配准算法，使图像拼接精度达到0.05 pixel，较已有研究明显提升。将该方案应用于透明光学元件视觉检测系统中，在移动精度仅为0.02 mm的条件下，获得了平均误差为0.12 pixel的图像拼接结果，实现了透明光学元件的大视场、高精度尺寸测量。     

基于超分辨率角点检测算法的双目相机高精度标定方法

双目相机标定是研究立体视觉的基础工作，标定的精度是视觉测量精度的关键。图像角点提取是相机标定的基础，但在现实应用场景中，外界影响使获取的图像不清晰，导致检测到的角点精度低，从而影响标定的精度。因此，提出一种基于超分辨率亚像素角点检测的端到端算法，从特征级解决低质量角点检测问题。首先，应用盲超分部分估计低分辨率图像模糊核，融合低分辨率图像特征重建出高分辨率图；然后，在此基础上得到角点亚像素位置；最后对双目相机进行高精度标定，并用测距实验对其进行检验。实验结果表明，所提基于超分辨的亚像素角点检测方法在真实场景下具有优越性。     

基于图像处理的零件尺寸测量研究

提出了一种基于图像处理的机器视觉的非接触测量方案,力求把非接触测量手段与零件尺寸测量问题更有效地结合起来。采用了超分辩率重构技术消除噪声以及由有限检测尺寸和光学元件产生的模糊,从图像中获得更多的细节和信息。利用最小二乘回归亚像素边缘检测技术进行边缘定位及角点提取。基于CCD摄像机采用线性回归法进行摄像机的标定。最后,实...     

树干直径的图像测量方法

本文给出了一种基于图像的测量树干直径的方法.该方法利用标定尺为参照物,将标定尺与树干齐平放置,并通过与之垂直的照相机采集图像.利用标定尺的实际尺寸与树干直径实际尺寸跟图像上标定尺的像素个数与树干直径的像素个数有相同的比例值,可计算得到树干的直径.实验结果表明,所给出的树干直径测量方法能够比较准确地计算出立木树干的直径.     

深度约束的零件尺寸测量系统标定方法

针对大尺寸平面零件尺寸测量系统标定精度不高的问题,提出了一种基于深度信息的系统标定方法。首先利用圆形平面靶标,提出一种提取靶标图像特征点的新方法,采用自适应阈值的边缘检测和多项式拟合算法提取特征点亚像素轮廓,利用椭圆拟合得到中心坐标;然后根据带有畸变的非线性成像几何模型,采用最小二乘法计算摄像机参数的最优解,获得靶标的位姿;最后提出被测物表面与靶标平面之间的深度信息作为摄像机模型修正项,校正测量平面位姿,利用成像原理和直线与零件表面交点确定零件尺寸。设计了单目视觉尺寸测量系统并进行实验,结果表明:标定反投影误差小于0.02 pixel,在10.75 m2的视场内,系统测量精度达到了0.05 mm。     

机械臂双目视觉系统内外参高精度标定

在空间站机械臂中,双目视觉系统作为其重要组成部分,能够引导机械臂自主完成对目标的定位和捕获。内外参标定技术是双目相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息进而进行三维重建的首要前提和重要保障。文中提出了一种基于光束法平差算法的双目视觉系统内外参标定技术,采用三维靶标场作为标定目标,并将高精度测角设备经纬仪作为精测基准,通过坐标转换解算分步得到相机的内、外参数。实验表明,该方法标定的相机内参重投影误差小于0.5个像元,外参测试误差为±0.19 mm,有较高的测试精度和鲁棒性,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供可靠依据。     

基于视觉测量的回转轴线标定方法研究

为了实现高压涡轮叶片上的气膜孔特征的高精高效测量,设计并搭建了一套非接触式的四轴视觉坐标测量系统。针对其中的回转轴线的空间位置标定难题,结合工业影像测头的成像特点,提出了一种基于视觉测量的回转轴线标定方法。在标定过程中,采用了定制的长方体标定块,并通过回转工作台与三坐标测量机之间的配合,使工业影像测头对焦于标定块的表面并采集到其锋利棱边的图像,而后再通过边缘提取、像素距离计算、物理距离转化和代数运算等步骤,最终确定了回转工作台的轴线在机器坐标系中的空间方位。最后,选用一个标称尺寸为80 mm的标准量块作为被测物体,以对标定方法及标定结果进行验证,各次测量结果的误差均小于±0.01 mm,并进行了合成标准不确定度的分析。实验结果表明:文中所提出的回转轴线标定方法能够达到较高的标定精度和较好的重复性,能够满足气膜孔形位参数的检测要求。     

微装配中变焦变倍视觉系统标定及自动聚焦

在微装配中,采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾,但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此,对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面,首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法,采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定,再引入畸变模型,并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化,优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel,平均反投影误差约为0.1 pixel。此外,通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面,针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题,采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法,通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比,该算法的单峰性好,抗噪性强。     

基于人眼视觉特性的IRFPA非均匀性校正算法研究

红外焦平面器件普遍存在着非均匀性问题,对红外焦平面阵列(IRFPA)实施非均匀性校正对提高成像质量具有重要意义。传统的IRFPA多点校正算法存在运算量大、实时性能低、实用效果差等问题,为此文章综合人眼视觉特性,提出IRFPA非均匀性多点校正算法。人眼视觉对图像的灰度分辨能力是有阈值限制的,利用这种分辨阈值可以对IRFPA的标定点进行有效压缩,生成像元号-校正系数表,然后通过查找系数表,实现IRFPA的非均匀性实时压缩校正。实验证明,提出的IRFPA非均匀性校正算法较传统的IRFPA非均匀性校正算法实时性能更好,非均匀性降低了0.203%。     

基于FPGA的电机转速测量仪实时校准方法

为提高电机转速测量仪的测量精度,解决传统测量仪校准方法中校准效果不明显的问题,提出基于FPGA的电机转速测量仪实时校准方法。利用电机转速的监测电路,实时收集电机转速信号,并以此作为电机转速的实际值。根据测量仪的测量原理,得出电机转速的测量值。分析测量仪的测量误差,并结合实际值与测量值之间的差值确定测量仪的实时校准值。在FPGA技术下,设计并安装校准滤波装置,将实时校准值的计算结果代入其中,实现对电机转速测量仪的实时校准处理。经对比,应用设计的校准方法得出的电机转速测量结果更加接近于设置的转速值,即设计的实时校准方法在校准效果方面更加具有优势。     

512×6TDI长波红外探测器成像系统参数测试研究

长波红外成像系统以512×6 TDI探测器为核心器件,联合旋转扫描镜转动实现大范围场景观测.参考红外焦平面阵列测试的国家标准GB/T17444-2013,对512×6 TDI长波红外探测器成像系统的主要性能参数进行测试.测试参数包括响应率、响应率不均匀性、噪声电压、噪声等效温差、有效像元率、动态范围等.介绍了各个参数的测试方法,总结参数测试的顺序流程,研究了不同的测试条件对测试结果的影响.参数测试中利用Matlab软件进行数据处理分析,为了使测试方法具有更好的扩展性和移植性,在软件编程时应注意模块化、可视化设计.文章还探讨了将参数测试算法模块嵌入成像系统的图像采集设备中进行在线自动化测试的可行性.     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。