基于双靶面的火炮动态稳定精度测试方法

提出了一种火炮动态稳定精度测试方法,由平行固定在火炮炮管上的激光器发出光斑,高速CCD作为测试元件,分别对前后双靶面上形成的光斑成像实时采集、计算,通过得到的2个靶面上光斑实际坐标相减消除了不影响火炮射击精度的炮管平移量,从而测得准确的火炮动态稳定精度。同时,提出了基于均值迁移的光斑中心实时跟踪算法和采集系统标定方法。经实际测试结果表明,所提测试方法合理,研制的装置测试精度达到21.6″,测试周期不大于10ms,完全满足自行火炮动态稳定精度测试需要。     

基于改进Zernike矩的小模数齿轮亚像素边缘检测

针对传统Zernike矩亚像素边缘检测算法中奇数尺寸模板卷积的不对称性,在分析卷积不对称性和卷积窗口中心局限性对检测精度影响的基础上,提出一种改进的Zernike矩亚像素边缘检测算法。算法采用像素级边缘检测算子进行初定位,获取像素级边缘点;利用小尺寸奇数模板求解Zernike矩进行二级初定位,获取亚像素级边缘点;分析二级初定位边缘点所在区间;根据所在区间,选取偶数模板或者奇数模板求解Zernike矩进行精定位,获取更精确的亚像素级边缘点。为了验证算法的有效性,分别对模拟图像和实际图像进行亚像素边缘检测实验。根据齿轮的边缘特性,通过最小二乘拟合法评价算法对齿轮图像的检测效果。实验结果表明,该算法具有绝对定位精度高、抗噪性能强、曝光敏感度好的优点。     

基于Franklin矩的亚像素级图像边缘检测算法

为了满足计算机视觉标定与精密测量对图像边缘定位的精确度高和抗噪性强的要求,提出一种基于Franklin矩的亚像素级图像边缘检测算法。首先,建立亚像素边缘模型,利用各级Franklin矩的卷积来提取图像边缘点的细节特征;然后,依据Franklin矩的旋转不变性原理,分析图像边缘旋转至垂直方向后各级Franklin矩之间的关系,从而确定图像中亚像素边缘的关键参数;最后,根据改进的边缘判断条件,确定图像中的实际亚像素边缘点。大量实验结果表明,与基于Zernike矩的亚像素级算法、基于小波变换与Zernike矩结合的亚像素级算法、基于Roberts算子与Zernike矩结合的亚像素级算法相比,本文提出的基于Franklin矩的亚像素级图像边缘检测算法速度更快,精度更高且抗噪性强,更好地满足了对于图像边缘定位稳定可靠及高精度测量的要求。     

用于摄像机标定的棋盘图像角点检测新算法

摄像机标定是从二维图像获取准确的三维信息的必要步骤,摄像机标定的精度在很大程度上取决于标定板控制点的图像定位精度,鉴于此,对棋盘格标定板图像的角点定位问题进行了研究.笔者通过对图像像素类型及其性质进行分析,提出了以小邻域环形模板上像素灰度的跳变次数为判据的棋盘角点检测新算法,该算法不但能快速检测出角点,而且还能确定角点的类型.利用此性质,剔除了容易受外界环境影响的棋盘外圈角点,即非X型角点,从而从另一个角度保证了所提取角点的精度.为了达到更高的精度,笔者以棋盘图像的高度对称性为依托,在每个初定位角点的局部邻域内,用灰度重心法对角点进行了亚像素定位.实验结果表明,提出的算法具有较高的精度,能够为高精度摄像机标定提供可靠数据.     

面向异形玻璃的视觉引导算法研究

提出一种面向异形玻璃基于形状模板的匹配方法和奇异值分解的迭代匹配方法的轮廓度误差视觉测量算法,该算法可以识别定位各种各样的异形丝印玻璃。首先,在图像中使用基于Sigmoid函数的亚像素边缘检测方法来拟合产品的亚像素边缘,接着使用基于形状的模板匹配方法来进行粗匹配,再在粗匹配的基础上使用SVD算法得到图像的旋转平移矩阵,进行精匹配。最后计算相关对应点之间的距离作为匹配精度。     

基于视频处理的游梁支点位置度在线检测

抽油机游梁支点的位置度是衡量抽油机设备安全、经济运行的重要指标.为克服传统位置度人工测试中动态误差大、效率低的缺点,本文提出一种基丁视频网像的位置度测试方法.从标志、边线识别、标尺、目标跟踪、精度和速度等方面,详细讨论r测试方法.基于矩形标志物对边平行的特点,通过一维灰度矩算法和曲线拟合算法,准确地测定了标志物的图像尺寸,提高了标尺精度;利用亚像素匹配算法,提高了十字标志的匹配定位精度;利用搜索策略和卡尔曼滤波预测十字标志的运动轨迹,提高了匹配定位的速度.实验表明,这些措施保证了检测过程的实时在线完成.     

正交分光成像系统实时多光斑亚像素定位研究

正交分光成像系统在高频动态坐标测量中具有独特优势。针对其在高频测量条件下数据量大,光斑坐标难以实时提取的问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时多光斑峰值位置亚像素定位算法。首先设计与光斑光强分布相近的模板,通过模板匹配解决了原始图像中因噪声导致的峰值抖动问题;其次对匹配后的图像进行阈值比较并生成窗口信号,对窗内像素进行高斯拟合,拟合中心作为光斑峰值亚像素坐标。计算中充分利用FPGA并行处理的特点,采用流水线设计实现了硬件加速。实验表明,该算法可实现对多光斑位置的实时提取,光斑重复定位极差小于0.1像素,标准差为0.014像素,分辨力达亚像素级别。     

变电站带电水冲洗机器人的视觉系统标定方法

针对带电水冲洗机器人的目标识别与定位问题,研究设计了一种集成工业相机和激光雷达的带电水冲洗机器人视觉系统;对平面镂空标定板产生的混合像素点误差进行了分析,设计了一种专用栅形标定板,并基于特征点匹配方法实现了工业相机和激光雷达的高精度联合标定。像素级图像融合效果及现场实验结果验证了视觉系统的有效性和可靠性。     

面向微装配的零件识别定位方法研究

针对平板类微小零件装配问题,在搭建了微小型零件装配系统实验平台的基础上,开发了微装配控制系统,并对装配流程进行了分析研究。根据平板类微小型零件的特点,在微装配识别定位模块,对零件识别定位方法进行了研究,开发了基于形状模板的匹配算法。该模块首先将模板图像与目标图像进行高斯滤波,得到平滑图像,并对平滑图像二值化以及对模板二值图像进行去噪;其次,通过Sobel滤波器计算边缘点的方向向量,定义相似性度量;最后,通过图像金字塔加快匹配速度,并利用最小二乘法达到亚像素级定位精度。实验分析表明,此方法识别率高、匹配速度快、定位精度高,能够较好的满足实际要求。     

改进Zernike矩的运动靶标高精度定位算法

针对目前运动靶标中心定位检测精度低、实时性差的难题,提出一种改进Zernike矩的亚像素边缘定位算法.该算法将Zernike算法和迭代法相结合,首先采用传统的Zernike算法计算图像的阶跃灰度矩阵,在阶跃灰度矩阵的基础上采用迭代法计算得到最佳灰度阶跃阈值作为边缘判据;最后从矩模板和灰度边缘模型两个角度对误差进行了分析和补偿.以靶标中心定位为实验研究对象,采用改进Zernike矩算法对靶标进行亚像素边缘定位,然后利用最小二乘法拟合圆心坐标,最后通过坐标变换得到靶标的空间位置,测试结果表明:该算法能够准确对运动靶标中心进行定位,算法的检测精度优于传统算法,同时最佳阈值的自动选取相比于人工手动调试具有更高的效率.     

大视场多像机视频测量系统的全局标定

针对大视场多像机视频测量系统的全局标定,提出并实现了一种基于近景摄影测量技术的高精度像机标定方法.首先,设计一种带有标志点的十字架形标定参考物,十字架正反两个表面粘贴有环形的编码标志点和圆形的非编码标志点.然后,在现场用工业摄影测量系统XJTUDP重建出双面标定十字架的精确结构尺寸数据;将标定十字架在公共视场范围内依次摆出多个姿态,并控制多像机同步拍摄各姿态的图像.最后,为大视场像机选择10参数非线性成像模型,对采集的图像组依次进行标定运算,标定出各像机的内参数和畸变参数,并全局定向出各个像机在统一坐标系下的外方位参数.实验结果表明,该标定方法的重投影误差小于0.05 pixel;利用标定结果测量高精度标准尺长度,相对误差小于1/4 000,可满足大视场多像机视频测量对精度和效率的要求.     

二进制鲁棒不变尺度特征匹配电子稳像

针对捷联图像制导系统中视频序列受弹体姿态变化和抖动而出现的不稳定现象,提出了一种基于二进制鲁棒不变尺度特征关键点(BRISK)的高精度快速鲁棒电子稳像算法。首先,用BRISK算法提取图像BRISK特征描述符;为了保证匹配精度和速度,采用引导互匹配策略实现BRISK特征点跟踪匹配;然后,利用改进的随机抽样一致方法(RANSAC)剔除误匹配点对;最后,利用最小二乘算法(LSA)估计全局运动参数进而实现稳像。对标准图片的匹配测试和实拍视频稳像的结果表明:结合BRISK算法的电子稳像技术,运行时间小于30ms,定位精度达到0.1pixel,对光照变化、噪声以及复杂环境遮挡具有较强的鲁棒性,能快速有效地补偿捷联制导图像的复杂随机抖动并提高视频质量。     

共面点的摄像机非线性畸变校正

采用传统的Tsai两步法进行摄像机标定时,标定精度会受一阶径向畸变模型的限制。本文提出了一种同时考虑摄像机镜头径向畸变和切向畸变的摄像机模型并研究了模型求解方法来提高畸变校正精度。考虑图像中心区域畸变较小,故用中心附近点列出线性方程组计算了摄像机的部分参数;建立了综合畸变模型,将摄像机参数代入模型计算畸变参数的初始值。由于焦距和平移分量在标定板与相机平面的距离深度变化不够时难以一次性准确标定,故将其代入综合畸变模型重新计算,并运用两步迭代法逐步逼近精确解。最后,对世界坐标系进行空间几何变换、透视变换和成像变换得到的重投影图像的像素坐标并与实际测得的像素坐标值进行比较,得到校正误差。结果表明,本文的畸变校正方法平均像素误差可以达到0.114 9pixel,优于Tsai校正方法的0.367 0pixel,且重复性较好。     

Groove-center detection in gas metal arc welding using a template-matching method

To achieve welding automation, the center of the groove needs to be detected accurately during welding. We developed a method based on template-matching to detect the groove center during gas metal arc welding (GMAW). To avoid the negative influence of the strong GMAW arc light, a high-dynamic-range camera was used to capture details of the welding arc, molten pool, and the V-groove simultaneously in a single image. Two image-processing and object-detection algorithms were developed to detect the center of the welding pool and the groove based on template matching. The experimental results of the latter algorithm were more accurate for identifying the position of the groove center. However, interference in the welding process caused the template-matching method to fail under certain conditions. Therefore, the two detection algorithms were combined to improve the detection accuracy. After filtration of the detected welding-pool center, the groove-center detection algorithm based on template matching results in higher accuracy.     

Portable visual metrology without traditional self-calibration measurement model

To improve the 3D measurement accuracy of portable visual metrology using generic digital SLRs, deficiencies related to the traditional self-calibration model are analyzed, and a novel calibration method of generic digital SLRs is proposed. The collinear equations are established using the orientation angles of the targets, which are determined using a non-parameterized calibration platform. After calibration, the camera maps the orientation angles of incoming scene rays to the corresponding pixels on the image plane, becoming a goniometer. Additionally, the implementation and error analysis of the non-parameterized calibration model are investigated. The image points matching method, external station orientation method and bundle adjustment algorithm, which are based on orientation angles of image points, are studied. Finally, the calibration and 3D measurement accuracy are verified, along with the variation in the measurement accuracy with different calibration rotation intervals and LED intervals of the straight line target. The experimental results show that our calibration method is efficient to improve the 3D measurement accuracy of generic digital SLRs.     

Segmentation-free approaches of computer vision for automatic calibration of digital and analog instruments

A common problem found in the calibration laboratories is the reliability of the results obtained from calibration of instruments, especially when they do not have a built-in communication interface. In this case, the time consuming is increased significantly and the calibration may be subject to human error. Thus, many approaches based on computer vision have been proposed in the literature for automating calibration processes. However, most of them first simplify the images, usually using operations such as segmentation/binarization, for after proceeds the recognition of the digits. The issue lies in the fact that these simplifying operations throw away the rich grayscale information, decreasing the robustness of the algorithms, mainly when the images are affected by illumination changes, noise or JPEG compression. In this paper it was proposed two segmentation-free algorithms for automating the calibration process of digital and analog measuring instruments without built-in communication interface. The first one is based on template matching with normalized cross correlation for reading the display digits and the second uses radial projections and Bresenham algorithm to determine the pointer position in analog instruments. The experimental results showed that the proposed algorithms presented high accuracy and performance and can be used in real time systems applied to calibration processes.     

暗弱空间目标的高精度定位

提出了一种暗弱空间目标的高精度定位方法,以进一步提高该类空间目标的定位精度。研究了星像质心计算和星图匹配以及光电望远镜静态指向修正模型和天文定位等算法。首先,深入分析了星像质心计算和三角形匹配算法。然后,采用Tycho-2星表和基本参数修正模型,修正光电望远镜系统静态指向误差。最后,针对暗弱空间目标定位精度低,对传统天文定位方法进行了改进,提出了"暗弱空间目标高精度定位方法",实现了暗弱空间目标高精度定位。实验结果表明:提出的暗弱空间目标高精度定位方法的测量精度优于4″,基本满足光电观测系统进行暗弱空间目标测量时对精度和稳定性的要求。     

基于模板匹配的目标点三维坐标值测量

针对机械手抓取的目标物其空间位置难以确定的现状,提出了在采集到的图像中利用模板匹配找到目标物,测定其中心点的坐标,并将其坐标值代入摄像头的成像模型中,进而算出该点的三维坐标值的方法。该方法具有精度高、适用性强的特点。实验结果表明,用该方法确定目标物位置,能够使机械手抓取达到所需的精度要求。     

Practical method to locate the initial weld position using visual technology

The autonomous localization of initial weld position is one of the key technologies to realize intellectualized welding. This paper presented a practical system and method to guide the welding robot to the initial position of the weld seam. Using template matching and polynomial interpolation technology of pixel, the position of initial weld position is located at the sub-pixel level in the image plane. Simple and practical calibration technology avoids the using of complicated algorithms and costly measuring apparatus. Aluminium and its alloys reflect the light strongly, which make the recognition of the weld seam more difficult than steel. Taking the butt joint weld seam of a curve aluminium alloy sheet as an example, the autonomous localization function is realized accurately. For those instances with bigger errors, we advanced a method to rectify the deviation. The welding robot can be guided to the initial position of planar weld seam and meets the requirements to execute welding operation directly. The whole procedure has the characters of simple, practical, and strong anti-jamming.     

用于三维变形测量的数字图像相关系统

针对材料力学实验中的三维变形测量,提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定,图像相关算法,三维重建,以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法,该算法采用10参数镜头畸变模型,不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配,针对非线性优化初值难求的问题,提出了一种基于种子点的初值计算方法,为非线性优化提供了可靠的初值。最后,介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明,标定结果的重投影误差为0.03 pixel,图像匹配的误差约为0.02 pixel,静态外形及位移的测量精度为0.05%,应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比,本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。