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。     

基于单目视觉的移动光斑跟踪定位方法

针对移动光斑跟踪定位中目标快速运动、严重遮挡导致光斑位置难以长时间跟踪的问题,提出了一种基于光斑跟踪模块、光斑中心定位模块和光斑轨迹预测模块三部分组成的单目视觉的移动光斑跟踪定位方法。其中,光斑跟踪模块是通过图像分割出目标光斑区域并以该区域初始化相关滤波器CN算法;光斑中心定位模块在跟踪框内通过灰度质心法求取光斑中心;光斑轨迹预测模块是通过自适应无迹卡尔曼滤波器(UKF)结合轨迹线性拟合来估计目标位置,在受干扰情况下校正CN跟踪器的搜索区域,提高系统抗干扰能力;利用实际移动光斑视频图像序列进行实验研究,对比试验结果表明所提方法的有效性。     

太阳图像中光斑质心位置的检测

基于Matlab 7．6／Simulink 7．1设计的实现太阳图像中光斑质心位置检测系统的仿真实验平台,可以实现从图像传感器采集太阳图像,并计算出光斑质心的图像坐标及光斑个数。Simulink主系统包括图像采集模块、图像增强子系统、图像处理子系统和光斑信息显示模块。实验结果表明,该仿真平台能够准确找出太阳图像中光斑质心的图像坐标,并给出光斑个数,该方法适用于基于图像传感器实现太阳自动跟踪的系统。     

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COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器设计与实现

设计一种基于COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器,上位机通过MCC实现VC＋＋与Matlab联合编程,实时控制图像传感器获取太阳光斑图像。经Matlab计算,得到太阳光斑质心坐标与图像中心坐标的偏差,转化为水平和俯仰的步进电机需调整的步数,进而实时调整平面镜跟踪装置,使太阳光斑始终在图像中心位置。实验结果表明,该装置实现了太阳自动跟踪的目的,具有较高的跟踪精度。     

基于FPGA的图像光点中心坐标提取

设计了两轴转台的一部分,主要实现图像的采集、处理和光点中心坐标提取的功能。系统利用FPGA作为核心控制器,通过Verilog硬件描述语言设计出视频采集模块、PLL锁相环时钟管理模块、I2C总线模块、SDRAM存储模块和LCD显示驱动控制模块;光点中心坐标提取时,先对图像进行4邻域平均法滤波,然后求取光点图像块的中心位置作为光点的中心坐标,实现十字光标的跟踪;最后通过实验调试,验证了系统功能。     

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。     

基于快速盲复原法的激光视频监控图像光斑定位研究

图像中存在光斑会极大程度降低图像质量，准确定位光斑能够改善这种情况，提出了基于快速盲复原法的激光视频监控图像光斑定位方法。首先采集视频监控系统激光图像，利用透视变换原理转换坐标系实现红外图像与可见光图像之间的配准，然后利用快速盲复原法迅速复原配准后的激光图像并且分割光斑目标区域实现光斑目标特征提取，对提取到的特征进行识别，采用F.Leber l模型展开计算，确定光斑中心位置。最后实验结果表明，利用该方法配准和处理图像时能够获得较为清晰的激光图像，提升特征提取的准确性，准确性最大值为98.46%,耗时较少，最大值仅为3 s,且具有较高的抗噪性能高。     

基于光斑轮廓特征的目标快速识别算法研究

大视场的视觉着陆引导系统在引导无人机自主着陆过程中,需要快速检测出安装在无人机上的合作目标。该合作目标在图像上是以光斑形式存在,因此为了满足系统的实时性要求,本文提出了基于轮廓特征的快速检测光斑算法。该算法是根据光斑在图像中的特征,采用了目标裁剪方法,将原始图像中的光斑部分裁剪出来,从而降低算法运算量;再通过图像预处理,消除背景的无关信息与噪声干扰,增强光斑的清晰度;最后利用最小二乘算法进行椭圆拟合定位出光斑的中心位置。将本实验算法与其他光斑检测算法进行实验对比,从而验证系统的实时性。结果表明：利用本文算法可以在保证精度的同时将运行时间缩减到36 ms。     

基于线性激光三角法的圆柱对象定位测量研究

为了实现圆柱对象定位点在竖直高度与水平横向两方向位置坐标的一次性准确测量, 采用线性激光三角法建立了线性激光三角法定位测量模型, 并进行了理论分析, 同时依据此方法设计了一套定位测量实验系统。使用工业相机采集被圆柱对象曲面反射的线性激光光斑图像, 选用blob算法根据图像中激光光斑几何特性提取光斑顶点像素坐标, 结合系统标定参量计算了圆柱对象定位点位置坐标。结果表明, 该测量方法在竖直高度与水平横向两方向的最大相对测量误差分别为0.14%与0.89%。该研究成果可用于工业生产中机械手对不同尺寸圆柱对象的抓取定位测量。     

粗调平状态数字天顶仪定位方法研究

针对传统数字天顶仪定位方法中存在仪器需精确调平,数据拟合模型参数求解不准确和定位迭代过程复杂的问题,提出一种粗调平状态数字天顶仪定位方法。严格推导了水平状态下CCD图像坐标的计算式,利用倾角仪输出值与粗调平状态下CCD图像坐标计算得到水平状态CCD图像坐标;对粗调平状态下恒星切平面坐标进行分析,分析结果表明粗调平状态下对应的切平面与水平状态下对应的切平面基本平行,粗调平状态下的切平面坐标可直接用于数据拟合模型的建立;通过抗差M估计计算数据拟合模型的参数,抑制了粗大误差对参数解影响,提高了数据拟合模型的准确性;最后,通过联立数据拟合模型方程组解算旋转轴的CCD图像坐标、剔除迭代过程中的数据拟合模型反变换以及取切平面坐标平均值的方式优化定位迭代过程,提高定位解算效率的同时保证了数字天顶仪的定位精度。实验结果表明:粗调平状态定位方法的定位精度与精调平状态的定位精度基本相同,其中粗调平定位方法的定位经度精度为0.306,纬度精度为0.292,满足数字天顶仪定位精度的要求。     

一种视觉引导经纬仪自动测量中精确引导方法

为了提高视觉引导激光经纬仪自动测量技术中的测量效率,采用一种基于摄像机光轴的精确引导方法,在标定双经纬仪测量子系统及视觉引导子系统后,根据工件理论设计数模文件,对系统进行初始引导。随后利用数字图像处理技术,分辨出相机视场中的特征点中心,得到其与图像中心(即相机光轴)的关系,并引导视觉测量子系统精确瞄准特征点中心。最后根据标定关系得到双经纬仪偏转角度,并驱动双经纬仪精确交会在目标点。结果表明,该方法能保证系统自动测量准确度在0.3mm,同时还能提高测量效率。     

倾斜状态下数字天顶仪快速定位方法分析

针对数字天顶仪在精确调平状态下进行天文定位时存在耗费时间长,定位速度慢的缺点,从数字天顶仪的定位原理出发,采用方向余弦矩阵转换原理建立了倾斜角的修正模型,分析和推导了经过倾斜角修正之后的定位方法,改进了倾斜状态下数字天顶仪的切平面和球面三角形两种定位算法。实现定位时设备不经精调平,加快定位速度的目的。通过实验比较了在倾斜状态下经过改进后两种类型定位算法的定位精度。实验表明:球面三角形法的定位精度相对较高,经纬度计算精度能够达到0.5以内。     

基于数字天顶仪的星点图像坐标误差分析

星点图像坐标的准确性与数字天顶仪的定位精度紧密相关。根据数字天顶仪成像原理,严格推导出星点图像坐标表达式,在此基础上推导了星点图像坐标在4个误差因素及综合误差下的误差方程,分析结果表明各误差之间相互独立。通过仿真4个误差因素及综合误差情况下的星图数据进行分析,仿真结果表明:焦距误差与转位误差对各星点图像坐标的影响各不相同,焦距引起的坐标变化值x和y相对其平均值的最大波动值分别为2.38、3.04 pixel;转位误差引起的坐标变化值x和y相对其平均值的最大波动值为1.06、1.41 pixel;光轴倾斜误差与主点偏移引起的星点图像坐标变化是整体性偏移。另外,提出了一种误差参数求解的方法,利用解算出来的误差参数对星点图像坐标进行补差,数字天顶仪的定位经度精度提高了约1.98 m,纬度精度提高了约1.65 m。     

空间遥感相机的自动检焦技术研究

本文介绍应用图像处理法对推扫成像的线阵CCD空间遥感相机进行检焦研究。以推扫方式成像的线阵CCD遥感相机连续拍摄的两幅图像之间没有重复的部分,这给图像清晰度评价函数的选取增加了难度。本文根据光学传递函数理论建立了基于模糊量估计的粗调焦评价函数,通过两幅离焦位置不同的图像就可以估算出离焦量,从而可直接驱动镜头至准焦位置附近。根据功率谱对于自然景物具有一定的不变性原理,建立了基于功率谱的细调焦评价函数,进一步找到了准焦位置。仿真实验表明,这种粗精相结合的检调焦方法既能保证聚焦精度,又能提高聚焦速度。     

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。     

考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法

针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题,利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位,以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题,引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述,建立了高斯边缘模型,并基于该模型计算投影图像的Zernike矩,然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外,分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素,基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影,最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明,文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法;实测实验中,基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建,长度测量精度比传统算法提高了30%。     

非线性模型下的摄像机标定

摄像机模型的建立对于摄像机标定精度至关重要,针对该问题,对摄像机模型进行研究,对三种畸变模型进行分析,提出了考虑径向畸变和切向畸变的摄像机非线性模型,给出了在此非线性模型下,三维空间物点投影到二维像平面象素坐标的投影过程。同时在基于平面棋盘格的两步标定方法的基础上提出三步标定方法。将非线性模型应用到改进的摄像机标定算法中,实验结果表明:非线性模型下的改进标定算法具有更高的标定精度。     

基于同名点追踪的空间相机成像拼接配准模型

分析了已有图像配准算法在遥感图像拼接配准方面面临的问题。根据空间相机TDICCD交错拼接的成像特点,提出了一种基于同名点轨迹追踪的成像拼接配准模型。通过建立辅助空间坐标系下的中心投影共线方程,将像点、摄像中心、景物点建立严谨的数学关系,可精确实现对同名像点在像面上的轨迹追踪。结合TDICCD在像面上的位置约束,计算图像上同名像对的纵向偏差像元数和横向偏差像元数。最后结合相机在轨所成条带图像和卫星辅助数据进行分析,选取多组像点进行配准,同名像对配准误差小于1 pixel,经验证模型算法可行。相比传统的遥感图像配准算法,该方法不需要已知图像内容,为一种严格的几何意义上的配准,具有很强的适应性和预测性,已应用在型号相机的地面复算,易移植应用于其他类型空间相机的图像配准与拼接。     

一种椭球体模型下的方位时差联合定位算法

方位时差联合定位系统普遍应用在电子侦察领域,针对目标距离观测站较远时,地球球体模型会带来定位精度差的问题,提出了一种适用于地球椭球体模型的方位时差联合定位算法。该算法首先建立了双站方位时差联合定位数学模型,结合地球球体模型,解球面三角形,获得解析解;然后引入方位平面假设,将大地坐标系下的方位观测方程转换到地心直角坐标系下,结合地球椭球体方程和时差测量方程,从解析解出发,基于牛顿迭代法获得精确解,通过仿真验证算法性能。算法提出远距离方位时差联合定位的一种解决思路,为工程实现提供了技术参考。