高分辨率CCD相机传递函数的实时计算

为了获得大数据量、高速图像下传的高分辨率CCD相机的实时传递函数,提出了一种基于图像快视与采集记录系统的CCD相机成像质量自动评价方法。应用计算机高速信息采集和存储技术,在分析对比度传递函数和调制传递函数之间关系的基础上,利用高对比度矩形靶标法计算CCD相机的传递函数,设计了传递函数实时计算系统,从而完成对CCD相机整机系统的像质实时评价。实验结果表明：当像元数达到20 000个,采集速度达到3.2Gb/s时,该方法能够高速率并且准确实时地计算传递函数。     

数字工业摄像技术用于转轴动态扭矩测量原理的研究

基于数字散斑相关计算和转动轴表面匹配方法,提出一种利用双相机直接测量转轴动态扭矩的新方法。分别在轴两端使用两个工业相机采集无扭矩时的轴面图像序列,作为参考图像。同步采集扭矩作用下转轴轴面应变图像,对应变图像进行匹配方法,搜索其对应的参考图像,分别对两路应变图像和参考图像进行整像素相关计算、梯度法的亚像素位移计算,得到轴两端扭转角位移,最终计算出轴扭矩。为验证所提方法测量精度,运用Ansys有限元分析软件对轴上扭转位移进行计算,并与所提方法比较,两者结果误差为1.39%,具有较高一致性;进行了不同转速、扭矩下的台架实验,并与标准传感器测量结果比较,两者误差在1.4%~5.3%之间。实验结果表明,数字工业摄像的扭矩测量系统有较高精度,系统结构简单,克服了传统方法安装复杂、信号易受干扰等缺点,适用于转轴动态扭矩测量。     

基于激光视觉原理测量玻璃中气泡的尺寸

为了实现玻璃中气泡尺寸的在线测量,基于激光视觉原理,采用线结构激光器、线阵CCD相机和运动控制系统在实验室搭建玻璃气泡的动态测量系统。投射到玻璃表面的线结构激光光斑经变焦镜头成像在相机的光敏阵列上,相机的横向扫描与运动平台的纵向扫描配合,利用Sapera CamExpert图像采集软件获得玻璃气泡的灰度图像;理论上讨论了图像的纵向和横向精度,给出了气泡图像失真的判断依据及工作像素时钟频率与玻璃板纵向运动速率之间的匹配关系;采集了不同纵向运动速率下气泡的灰度图像,利用Sapera Architect软件测量气泡图像的横向和纵向像素数,通过理论计算得出气泡的横向和纵向尺寸,并与直尺测量结果比较,发现纵向尺寸相对误差为0.18,横向尺寸相对误差为0.05。结果表明,在相机工作距离、焦距和像元尺寸确定的情况下在误差允许的范围内该系统可以用来测量气泡的横向尺寸。     

基于FPGA的高速图像跟踪系统设计与实现

常规视觉跟踪系统用于导弹末制导等高速运动中时,图像目标会因出现变形、模糊等现象而影响跟踪精度。针对以上问题,设计实现了基于FPGA的高速图像跟踪系统。该系统通过125fps（frames per second）的高速图像采集目标信息,利用FPGA的并行运算特点,将形心计算嵌入到动态阈值法中来实现高速图像的实时目标检测,并根据形心相对于视场中央的偏移量控制云台跟踪高速运动目标,最后对投影上的目标进行了跟踪仿真实验。结果表明,系统可以实时跟踪高速运动目标,云台的跟踪速度约可达到50．7度/秒,改善了低速图像跟踪系统对高速运动目标跟踪误差大、精度低等问题。     

CCD高速线材测径仿真系统的设计

设计了由平行光源、双远心镜头、面阵CCD摄像机和待测物等部分组成的高精度线材测径仿真系统。考虑到实验系统是 为了模拟完成高速线材的拍摄测量,在线材轧制过程中其径向速度可以高达100 m/s,同时存在横向跳动的迹象, 所以在光学设计中采用具有固定放大倍率的远心镜头,确保当物距改变时光敏面上的图像大小不发生变化; 并且选用的面阵CCD最快曝光时间可以达到1 us,从而可以得到实时反映被测物体尺寸的高清图像。 实验结果表明:使用该仿真系统测量出的工件直径精度可以达到20 um,足以满足生产需要。     

基于GL0816传感器的高速线阵CMOS相机系统设计

为了满足印刷等高端工业检测中物体快速运动,需要大幅面、高行频、高分辨率图像采集等要求,研发了一款微米级高分辨率、高速线阵工业相机。首先,介绍了高行频、高分辨率国产CMOS图像传感器GL0816的功能与特点。然后,基于该芯片设计了一套高速大幅面高分辨率线阵工业相机系统,该系统采用FPGA作为整个系统的控制核心,以DDR3LSDRAM作为图像缓存器,以GigE vision2.0协议为输出标准,以SFP+作为高速图像输出接口。最后,搭建相机系统测试环境,对所设计的相机进行系统测试。结果表明:该相机系统行分辨率为8 192,可连续采集2 000行作为一帧图像输出,行频为50kHz,动态范围为57.32dB,信噪比为40.95dB,具有实时图像采集功能。该相机系统具有大幅面、高帧频、高分辨率、高信噪比、宽动态范围等优点,适用于印刷检测行业快速运动目标捕获成像及图像实时显示。     

基于双目视觉的硅棒直径测量方法

提出了一种在实验室环境下模拟工业现场在线测量多晶硅还原炉内硅棒直径的检测系统。该系统采用双目立体视觉测量的方法,首先采用双CCD获取硅捧模型的实时图像,并依次进行摄像机的标定、特征点的提取、立体匹配、然后通过特征点的三维坐标计算硅棒模型的直径。实验结果表明,硅棒直径的测量结果达到了还原炉工艺参数自动化控制所需的精度,并且该测量系统有效地避免了人工长时间目测造成的劳动强度大以及由于主观因素造成误差较大的缺点。     

高速列车动态位姿测量方法及校准技术研究

针对高速列车动态位姿测量中高速、大视场和高精度的测量需求,构建由两台高速相机组成的双目视觉测量系统,通过同步捕捉由大功率线激光瞬时光源构造的测量特征,实现对高速列车动态位姿的实时测量。提出基于非成像模型的相机校准方法,重构相机光学成像过程,构造三维空间成像光束和图像像点之间的一一对应关系,通过建立入射光束角度值与像点坐标的数学模型,实现大视场相机的高精度校准。基于光束平差原理,利用已知长度的基准尺实现双相机位置关系的快速精确校准。实验结果表明,采用上述方法可达到±5"的相机校准精度和±0.2mm的双相机校准精度,整个系统能达到±0.5mm的测量精度,为高速列车动态位姿的测量提供了一种全新有效的手段。     

一种用于高速三维跟踪的小型可开窗复眼系统

为了实现对近景目标的高速三维跟踪,设计了一种小型仿生复眼系统,并将其与可开窗相机相结合。介绍了系统的结构与设计原则,提出了一种适用于多孔径系统的跟踪与探测策略。利用卡尔曼滤波器对图像传感器进行多路并行开窗,从而克服视场与空间分辨率对跟踪速度的制约,在较低代价的前提下实现了高速三维跟踪。采用蔡氏两步法对7子眼复眼镜头进行了统一标定,并建立了归一化多目探测模型,在实时跟踪的基础上实现了三维信息获取。为了验证系统的高速三维跟踪效果,在3 000f/s的帧频下,对一个以10r/s的角速度做匀速圆周运动的目标进行了实时跟踪,并重构出目标在距相机150mm处的三维运动轨迹。实验结果表明,系统能够有效实现对高速运动目标的实时跟踪与三维粗定位。分析了影响系统三维探测精度的因素以及提高精度的方法,为用于全景高速三维探测的复眼跟踪系统的研制奠定了基础。     

基于面阵CCD的圆形工件直径及不规则度测量系统

设计了一种利用CCD影像技术的非接触测量圆形工件直径及不规则度的测量系统。该系统采用面阵CCD拍摄待测工件横截面，利用DSP控制转动平台，带动待测物件以可调速度转动，可以采集各个方向上的精确图像。最后使用自行编制的数字图像处理软件处理所拍摄的图像，提取图像边缘，与模板拟合，根据各项参数计算出待测圆形物件的直径与不规则度。     

基于模式分类的喷嘴料液雾滴速度测量研究

测量烟叶加料过程中料液雾滴喷射后的速度变化,为烟叶加料均匀性的评价提供有效数据。实验从喷嘴的轴向面采集喷出的雾滴图像,对采集到的图像进行预处理和图像分割,采用模式分类对分割出的雾滴分类,根据高速相机成像的测量方法计算出每一类雾滴的速度。研究结果表明,由模式分类统计出的数据,其准确率达到95.65%,使用该数据计算出的速度误差为4.6%,两项数据均在规定范围之内。使用高速摄像机获取图像,采用软件计算出雾滴速度,与早期实验方案相比,降低了测量设备价格,实现低成本测量;模式分类的测量方法准确率较高,为后续加料均匀性分析提供可靠的数据,且效率更高,同时为数据测量的智能化打下基础。     

Noncontact measurement using line-scan cameras: Analysis ofpositioning error

A multiprocessor camera controller has been designed and developed for real-time operation of high-resolution industrial CCD (charge coupled device) line-scan cameras. A three-camera system is capable of measuring length, width, height, and volume of steel slabs. Data captured by one camera are made available to other camera processors. A computation scheme is developed to correlate information for accurate cooperative measurement. There are two major sources of measurement errors. Digitizing error has been examined elsewhere, and a 0.1 subpixel accuracy is achievable by appropriate processing. The authors consider positioning errors with emphasis on camera positioning. The cooperative measurement and computation scheme measures object translation and compensates its effect to a certain degree. It is shown that, with calibration, measurement errors caused by camera positioning can be kept error caused by camera positioning can be kept within 0.2%     

基于数码相机的大型物体测量方法研究

工业生产中,常常需要对某些物体的几何参数进行检查、测量,以检查是否满足质量要求。本文提出了一种利用数码相机测量大型物体几何尺寸的方法。介绍了测量原理、相机成像模型、标定原理以及畸变情况,通过直接线性变换（DLT）标定相机内部参数,结合透镜成像的知识,对采集到的序列图像进行测量,计算出建筑的宽度和高度。实验证明,该方法能够克服传统测量方式的缺点,并且获得较为准确的结果,满足工业测量的要求。     

信号弹高度测试技术

信号弹的发射高度是信号弹的重要技术参数.为了测试信号弹发射高度,通过建立数学模型,提出采用单个面阵CMOS相机对信号弹高度进行测试的技术.通过前期相机工作视场角标定,对CMOS相机采集的视频图像采用MATLAB进行处理,实现对信号弹发射高度的实时测试.同时分析了误差来源,估算了系统误差精度.最终测得某信号弹的发射高度在...     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

高速弹丸位置坐标自动测量系统设计

为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标,设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡,采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统。该系统可以设置相机面阵和线阵工作,使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶,提高系统自动化程度。设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法,保证高速图像的实时记录和回放。利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性。实验结果表明,本系统能够自动完成测量前的准备工作,高速弹丸的捕获概率超过99%,以中心点为原点的200mm直径范围内的测量精度优于1mm。本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求,具有捕获率高、精度高、实时性好等特点,有很高的实用价值。     

基于法化矩阵降维的多相机快速光束法平差算法

针对多相机系统的高精度快速光束法平差问题，提出一种采用法化矩阵降维的多相机快速光束法平差新算法。充分考虑多相机系统中主从相机间的固定位姿参数关系，设置维数为3N (相机个数)×4的系统位姿变换矩阵，根据此矩阵可快速由主相机参数得到每个从相机的参数，并将此变换关系带入光束法平差算法中完成为对从相机位姿的求取。从相机的外参优化算法中便只需要对主相机的外参变化进行更新，由此将所有相机捆绑为一个整体，使雅可比矩阵与法化矩阵的维数相对下降，在一次迭代更新中可以完成对多个相机特征图像的运算，因此算法的精度与速度得到了大幅提高。根据仿真实验与实测实验表明，文中算法的优化精度比传统的光束法平差精度提高到了15.5%，运算效率提升了7.8%，能够满足实际工程的应用需求。     

基于机器视觉的凸轮轴表面缺陷检测系统

传统的凸轮轴表面缺陷多为产后抽检,相比在线全检存在漏检与缺陷率上升等现象,且只能事后发现;而人工在线全检不但会使成本上升、也对人力资源提出了考验。为此实现自动实时在线全检就成为急需解决的课题。设计了基于机器视觉的凸轮轴表面缺陷在线自动检测系统。系统安装在凸轮轴生产流水线两侧,搭建特定光源,在凸轮轴移动、停止、旋转过程中通过高速相机对其表面进行图像捕获,并由工控机进行缺陷判定与定位。根据轴类表面缺陷的特征,设计了缺陷分割算法和缺陷区域标记算法,对凸轮轴表面的外伤、砂眼、研磨不良等典型缺陷进行分辨。算法可以准确提取目标缺陷区域,标记缺陷位置并统计缺陷特征对缺陷进行判定。该系统可在0.44 s每根轴的速度下,检测出凸轮轴表面直径大于1 mm 的缺陷,并通过人机交互界面显示缺陷所在位置。完全可以取代产后抽检及人工在线全检,同时还可以提高检测效率与检测精度。     

A developmental tricolor vidicon having a multiple-electrode target

Color television cameras which are now widely used require three separate camera tubes to supply the simultaneous primary color information transmitted by the compatible system. This paper describes a developmental tricolor camera tube of the vidicon type for use in a single-tube color camera. The ability to generate the three simultaneous signals is achieved in the tricolor vidicon by means of a multiple-electrode target structure having three interlocking groups of color-sensitive strips connected to separate output terminals for each primary color. A single low-velocity electron beam scans the photoconductive target. No special requirements are made on the beam with respect to focus or scanning accuracy. Registry of the three signals is inherent in the design of the target. The performance of the developmental cameras which have been constructed to date does not equal the three-tube image orthicon camera from the standpoint of sensitivity, color fidelity, and uniformity. In its present state, the tube is potentially useful for industrial and scientific purposes where sufficient light is available and structural defects do not obscure the information desired. To extend its range of application, the development of more sensitive photoconductors and improved methods of fabrication are required.