自动对焦显微镜系统设计及仿真

设计了一种基于条纹投影的自动对焦显微镜系统。通过红外光源将光栅掩膜板投射到被测物表面,用于对焦判断。通过白光光源进行系统照明。使用带通滤光片分离出由红外光源投射的光栅像,并由线阵CCD采集,用于离焦量和离焦方向的判断。由白光光源照射得到被测物的像,并由面阵CCD接受用于直接观测。使用Tracepro对设计的系统进行仿真,分析得到适用于线阵CCD采集的光栅图的一维清晰度评价函数,并使用系统对不同被测物进行仿真对焦实验与误差分析。仿真结果表明,本系统可对不同被测物进行自动对焦。     

重建小凸多面物体面形的新方法

为实现小凸多面物体面形快速重建,提出了基于投影轮廓的新方法。首先处理被测小凸多面物体各平行旋转角度下纵投影轮廓图像,得到对应轮廓序列集及横截面切片投影长度曲线集,然后由该曲线集得到所有疑似被测物体表平面的索引,将该索引对照各轮廓序列进行筛选,最后经计算得到被测物体的各表平面参数,完成面形重建。实验表明,该方法能够精确恢复被测小凸多面物体面形,与现有方法相比具有设备精简、速度快等特点,适用于针对小凸多面体工件的工程应用。     

基于CCD的多方向平行射束投影系统图像重建

高分辨率的空间敏感阵列以及实时、精确的图象重建算法是层析成象技术的关键。为了得到足够的投影数据,提出了几种用于光学层析成像的多方向平行射束投影结构,这几种结构均采用CCD器件作为敏感阵列,可得到高分辨率的被测物场投影信息。同时分析了这几种投影结构下图象重建中权重系数的计算方法,并对不同结构的图象重建效果进行了比较,得出了投影方向数、投影数据与重建图象质量之间的关系。仿真结果表明,采用CCD的平行射束投影系统可重建出很高质量的图象。     

基于联合变换相关器的像移测量方法研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机亚像元像移,对基于联合变换相关器的像移测量方法进行了研究,并进行计算机仿真。阐述了该方法的数学原理,面阵CCD的安装位置以及输入图像序列的获取方法。应用MatLab对图像进行线性插值获得具有亚像元像移的图像,并添加噪声使图像具有较低信噪比;对图片进行傅立叶变换得到联合功率谱,二值化处理后的功率谱再次进行傅立叶变换得到相关输出;用质量中心算法计算出像移量。结果表明,像移测量的精度不随景物的内容而变化,测量得到的像移误差均方根误差值小于0.2个像元。     

弹丸攻角测量方法的研究

为了突破了像元间隙给测量精度带来的限制，提出了一种利用低分辨率面阵CCD实现高精度边缘检测的方法，其实质为运用插值方法对输入图像放大细化，再进行模糊处理，处理的结果显现出更丰富的边缘信息，利用动态算子对其进行边缘提取，以计算出被测弹丸的精确边缘位置信息；经实验证明，该方法能很好地恢复弹形，并较好地计算出弹丸的攻角参数。     

面阵CCD相机像移补偿技术

航空相机在拍照瞬间由于飞机的飞行运动和姿态变化而产生像移,要提高照相分辨率必须通过像移补偿来实现;在分析垂直拍照的面阵CCD相机像移产生原因基础上,确定了采用稳定平台与面阵CCD的TDI相结合的像移补偿方法,理论上计算了像移补偿后的像移残差小于3μm(即1/3像元),满足成像质量要求;根据实际的成像试验,证明文章论述的面阵CCD像移补偿技术是正确可行的。     

基于切尾加权融合算法的多传感器CCD测量系统

为解决小直径物体的几何参数的精确测量问题,提出了一种基于多源数据切尾加权融合算法的图像测量方法;该方法首先利用CCD成像技术实时获取被测物体的图像;根据图像的特点,对图像进行边缘定位,在单传感器上测得被测物体的几何参数;最后利用探索性数据分析方法中的切尾均值概念构造加权因子,得到多传感器测量数据的精确估计值;仿真实验结果表明,该测量方法具有运算简便、精度高等特点。     

线阵CCD在蒸馏仪体积测量中的应用

本文介绍了线阵CCD用于测量蒸馏仪回收液体积的工作原理.测量系统由平行光源、透镜、线阵CCD、驱动电路、预处理电路和二值化电路组成.文中详细介绍了线阵CCD的驱动电路设计,以及由未感光像元计算回收体积的方法.实验结果表明线阵CCD测量精度高,测量速度快,可以满足馏程仪对回收体积测量的要求.     

基于多视角三维扫描数据的图像配准

三维激光扫描是上世纪90年代发展起来的一门新兴技术。考虑到测量设备测量范围的限制和被测物体外形复杂性等,单次扫描无法获得完整的、精确的模型。从而需要从不同的视点对被测物体进行扫描。一些高精度的扫描仪除了可以获得三维点云数据,还可以获得一种散乱的纹理图像。本文根据纹理映射的原理和逆向工程的思维,将扫描仪得到的点云数据和纹理数据通过一系列步骤提取出图像信息,再利用仿射变换的原理计算出二维投影图像的信息,然后准确地提取出二维投影图像。最后,采用基于SURF特征点提取算法,对提取出的两幅二维投影图像进行了配准。     

基于面结构光几何关系的三维数字化研究*

为降低颜色串扰对提取结构光图像特征的影响,通常将多像素条纹细化为单像素线条,但降低了重建图像空间分辨率。针对这一问题,设计一个基于面结构光几何关系的三维数字化系统,并提出一种以面结构光投影仪像素为单位的特征提取与匹配新方法。首先,投影仪向被测物体投射设计好的面结构光,为被测物体增加有效特征,双目摄像机捕获被测物体两张图像,设置阈值滤除图像背景、去除噪声,提高图像质量;然后,基于单位投影像素提取特征点,充分利用投影图像的全像素空间,使得特征点采样密度提高,根据特征点间的几何关系进行匹配,提高计算效率;最后,根据三角测量原理将特征点图像坐标转换成世界坐标,形成高密度点云;在Geomagic Studio 2013平台上对被测物体进行三维重建,获得高质量的三维重建模型,实验结果达到了预期效果。     

全反射现象中半明半暗视场的分界线位置的测量

和平行光照射遮光物体产生的实边缘相比，全反射现象中半明半暗视场的分界线处的虚边缘情况更为复杂。使虚边缘质量有明显下降的主要因素有3个：光的色散、高频噪声和CCD光敏元处于临界状态所带来的问题。使用基于图像处理的测量方法，采用CCD作为成像器件，获取虚边缘附近的灰度图像。应用改进后的基于一阶微分期望值的亚像素边缘检测算法，可以快速、精确地检测到边缘的位置。经过实验验证，该方法的测量精度优于1个像素，并且具有良好的重复性。     

提高线阵CCD大尺寸自动测量系统精度研究

利用光学成像技术与线阵CCD信号串行输出相结合测量物体尺寸，存在着光学系统衍射引起的像边缘不确定带来的测量误差。而传统的采用二值化电路并不能完全解决这个问题。文章在分析传统测量原理基础上提出了新的CCD输出信号的处理方法，并给出了软件框图。     

Optical tomography system based on charge-coupled device linear image sensors: Particle size measurement

This paper discussed an optical tomography system based on charge-coupled device (CCD) linear image sensors. The developed system consists of a lighting system, a measurement section and a data acquisition system. Four CCD linear image sensors are configured around a flow pipe with an octagonal-shaped measurement section, for a four projections system. The four CCD linear image sensors consisting of 2048 pixels with a pixel size of 14 μm by 14 μm are used to produce a high-resolution system. A simple optical model is mapped into the system's sensitivity matrix to relate the optical attenuation due to variations of optical density within the measurement section. A reconstructed tomographic image is produced based on the model using MATLAB software. The designed instrumentation system is calibrated and tested through different particle size measurements from different projections.     

幅相二元距离加权的自适应滑动平均滤波

对于光谱图、心电图、线阵CCD光斑图等尖峰型信号,既要滤除噪声又要保持信号峰的位置、幅度、面积、边缘陡度等特征,这是一对难以兼顾的矛盾。在分析了常规加权滑动平均滤波算法的基础之上,提出了幅相二元距离权系数的概念。它不仅考虑了参与加权滑动平均运算的采样数据点间在相位上的相关性,同时也考虑了它们在幅值方面的相关性,有效地解决了峰脚数据被拉高的问题。通过动态调整相位距离阈值或幅值距离阈值,有效地解决了峰顶数据被拉低的问题,从而建立了基于幅相二元距离加权的自适应滑动平均滤波算法。该算法已成功应用于基于线阵图像的视觉式全参数车轮定位检测系统中,使得光斑位置亚像素检测精度从原来的0.5像素提高到了0.03像素。     

基于图像清晰度的自动聚焦算法

在数字监控和机器视觉中，摄像头的焦距可以由计算机根据图像的清晰度自动控制。本文针对监控系统在目标跟踪时对自动聚焦的速度和精度的要求，提出了两次定位、单向搜索的快速精确的聚焦算法。在聚焦精度方面首先针对全局图像进行第一次粗略的聚焦，图像的清晰度判断采用计算速度较快的相邻象素差分法的判断函数；然后再对图像中的目标区域进行第二次精确的聚焦，图像清晰度判断采用对清晰度变化敏感的基于Laplacian边缘检测的判断函数。调焦过程采用最佳焦距位置的单向搜索法，以提高聚焦的速度。实验证明该算法具有较好的实时性和精确性。     

基于三幅图像的曲面造型及纹理提取

利用标准的参数曲面来表示真实的三维曲面物体，并将物体正面、侧面及背面拍摄图像的侧影轮廓线作为约束，通过最小化线性约束下的二次目标函数实现曲面造型。将曲面重新投影到物体的正面、背面及侧面图像上，利用基于重心坐标的加权纹理提取方法提取纹理图像。利用真实图像实现了逼真的曲面造型，验证了该方法的可行性和正确性。     

光纤应变传感信号解调系统的设计

介绍了一种新型的线阵CCD高速数据采集与实时处理系统,其由信号调理模块、高速AD转换器、高速缓存FIFO、比较器模块,数字信号处理器(DSP)和存储显示模块构成。由于引入比较器使得DSP只对有效像素进行处理,减轻了运算负担,提高了运行速度从而实现实时处理显示。     

CCD离散性对面积测量的影响

分析了电荷耦合器件(CCD)在空间和彩色(或灰度)的离散特性对面积测量的影响。通过统计特定区域的边界点和分析图像分割的效果,提出了一种评价CCD相关误差的方法。举例说明了图像分割方法对面积测量的影响很大,为此,讨论了正确使用CCD和提高面积测量精度的相应措施。     

Randomized circle detection with isophotes curvature analysis

Circle detection is a critical issue in image analysis and object detection. Although Hough transform based solvers are largely used, randomized approaches, based on the iterative sampling of the edge pixels, are object of research in order to provide solutions less computationally expensive. This work presents a randomized iterative work-flow, which exploits geometrical properties of isophotes in the image to select the most meaningful edge pixels and to classify them in subsets of equal isophote curvature. The analysis of candidate circles is then performed with a kernel density estimation based voting strategy, followed by a refinement algorithm based on linear error compensation. The method has been applied to a set of real images on which it has also been compared with two leading state of the art approaches and Hough transform based solutions. The achieved results show how, discarding up to 57% of unnecessary edge pixels, it is able to accurately detect circles within a limited number of iterations, maintaining a sub-pixel accuracy even in the presence of high level of noise.