光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

大型轴系轴心的激光旋转测量方法

研究了大型轴系轴心的激光旋转测量方法,利用CCD相机采集激光光斑图像,通过数值拟合算法计算激光光斑所形成圆周的圆心位置,用以测量轴系轴心的空间位置。该方法消除了激光器装配定位误差导致的指向偏差和激光器不稳定导致的光束漂移。建立了激光旋转测量法测量精度的数学模型,进行数值模拟,计算结果表明:测量精度与激光旋转半径无关,与光斑采样点数成正比,接收屏与轴系轴心的垂直度偏差对测量精度影响不大。利用改进的最小二乘法进行数值拟合,进一步提高了激光旋转测量法的测量精度。     

一种激光三角测厚中非线性的校正方法

针对单镜头激光三角法测同一物体厚度时图像探测器上两光斑间距与被测物位置之间的非线性关系,提出了一种非线性校正方法,并用实验验证了校正效果。分析了单镜头激光三角法测厚原理,总结了引起非线性的因素,对校正方法的函数模型进行了理论推导,并对校正前后测量数据进行了详细分析。研究结果表明,使用该非线性校正方法后,图像探测器上成像光斑间距值随被测物位置变化的波动程度明显减小,测量厚度的均方差值也变小,系统的测量精度得到提高。     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

提高外场脉冲激光光斑测量距离的有效方法

介绍了提高外场脉冲激光光斑测量距离的两个关键技术:CCD电子快门预测和背景相减技术, 并给出了提高白天外场脉冲激光光斑的测量距离的试验效果,在激光制导武器系统和激光告警系统的研制中都有重要的意义.影响白天外场对脉冲激光光斑的测量距离的主要原因是激光光斑被淹没在阳光照射的背景里,不能提取光斑图像.设法让电子快门的触发脉冲在每个激光脉冲到来前的固定时间间隔产生,保证CCD捕捉到光斑的全部能量,从而可以使CCD输出最亮的光斑图像.另一方面,在激光没有照射时,采集一帧图像作为背景, 让激光照到靶板后的图像与背景图像相减,结果只在光斑照到的位置处有不同.在相减后的图像中,使激光光斑突出.试验证明采用本文介绍的技术明显地提高了外场脉冲激光光斑测量距离.     

结合光斑与目标特征的激光干扰效果评估

在分析激光干扰图像整体特征、目标局部特征和干扰光斑分布特性的基础上,提出了一种加权特征相似度(WFSIM)评估算法来评估激光干扰效果。该方法首先利用亮度、对比度和边缘清晰度等图像整体特性与局部特征点保持度这一目标识别特征来得到图像特征评估模型。然后,根据光斑的大小、强度和位置等特性计算饱和像素率、信噪比和光斑视觉区域重要性等加权因子,利用这些因子对评估模型进行加权,最后得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行了照明成像识别实验,同时使用不同干扰功率的激光对识别系统进行干扰,并采集不同背景强度和光斑位置的干扰图像。基于本文提出的WFSIM算法对获得的激光干扰图像进行了评估。结果表明,与传统的均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)及结构相似度(SSIM)等评估方法相比,提出的WFSIM算法对不同背景强度、光斑位置和杂波干扰下的图像都给出了合理的评估结果,其评价结果更符合人类的主观视觉感受。     

便携式二维激光位移传感器

设计了一种能应用于野外环境的便携式二维激光位移传感器,能够实时探On,0635nm激光在传感器靶面所呈光斑的二维位置坐标。利用CCD图像传感器和DSP数字信号处理电路进行图像的采集和处理。采用窄带滤光片和中性密度衰减滤光片消除太阳光的干扰,提高了图像对比度。采用超短焦距大视场镜头将传感器靶面成像在CCD靶面上,增大了量程,缩小了体积。编写算法校正了图像畸变。最后通过实验验证了该传感器有较高的测量精度。     

基于Zernike矩的管道弯曲度高精度检测

介绍了管道弯曲度测量系统的工作原理，提出了一种基于Zernike矩的管道弯曲度高精度检测方法。利用LoG算子把激光光斑边缘定位到像素级精度，然后使用Zernike矩算子进一步细分，使光斑边缘定位达到亚像素级精度，通过拟合计算得到光斑中心坐标，从而得到弯曲度的大小和方向。同时还进行了常用光斑中心定位算法与Zernike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，Zernike矩算法的定位精度和速度均达到满意的结果。     

基于MATLAB的激光光斑图像处理算法

提出了一种基于MATLAB的激光光斑图像处理仿真算法.在MATLAB环境下,首先对采集到的光斑图像进行平滑滤波、亮度调节、阈值分割和边缘检测等图像处理,确定出光斑区域并得到边缘点的位置信息,再根据最小二乘法进行圆拟合进而计算得到光斑中心点的坐标.仿真结果表明,该算法能够快速、准确地得到光斑中心位置点,且达到很高的测量精...