航空变焦距斜视成像几何畸变的自动校正

针对变焦距航空摄像机斜视成像产生的几何变形,提出一种同时校正斜视梯形失真和变焦距镜头非线性畸变的自动校正方法。根据直线透视投影不变性原理,利用单参数除式模型通过变步长优化搜索方法得到不同焦距对应的镜头畸变系数和畸变中心坐标;研究了焦距变化对畸变的影响规律,校正了镜头畸变使其满足针孔成像模型;引入飞机位置、姿态和摄像机视轴指向方位等因素,将航空图像重投影到地图坐标系中,对坐标变换后的像素亮度值进行重采样得到校正斜视变形和镜头畸变后的正射投影图像。对不同焦距和位置姿态下拍摄的地面靶标畸变图像和实际航空变焦距斜视图像进行了校正。结果表明,该方法能够有效准确地校正图像的几何变形,当飞行高度为2 500m时,在文中给定的位置姿态精度下的图像几何校正均方误差约为2m,较好地满足了后续图像拼接需求。该方法效率高,便于自动化实现,对提高图像拼接精度和实现目标精确定位与实时稳定跟踪具有重要意义。     

基于多项式变形法的栅格图像非线性畸变校正

为了减小光电成像测量系统存在的非线性畸变,提高测量精度,提出了一种基于多项式变形法的栅格图像畸变校正方法。提取带有桶形畸变的栅格图像中的栅格交叉点作为控制点,利用光学成像关系推算出栅格交叉点的理想无畸变位置,构成控制点对。对畸变图像和校正后图像的像素位置对应关系建立线性方程组,通过最小二乘法实现两者像素之间的坐标变换,并且采用双线性插值法确定校正后栅格图像中像素的灰度值。对带有桶形畸变的栅格图像进行了畸变校正实验,结果表明,多项式变形法能够自动、有效地校正图像畸变。     

超宽幅扫描仪配套织物疵点检测软件设计

针对超宽幅扫描仪在获取织物图像过程中容易出现的几何失真现象,以及需要对织物在制造过程中出现的疵点进行检测等问题,设计了与之配套的数字图像处理软件.采用可视化编程工具Delphi进行了编程,利用坐标变换、灰度内插等方法得到了相应的几何校正图像,并通过与标准织物图像进行了图像匹配,实现了目标织物的疵点检测.实验结果表明,该软件能够快速、准确地检测出织物疵点,对提升织物检测技术水平和加强产品质量控制,具有重要的现实意义.     

圆柱曲面透视投影失真的图像校正

针对机器视觉系统中透视投影导致的钢管、桥梁拉索等圆柱表面缺陷测量不准的问题,提出了一种圆柱曲面透视投影失真的图像校正方法。该方法在提取圆柱成像区域、明确横向和轴向方向的基础上,基于圆柱曲面的透视投影特性,将产生的失真分解为轴向变形和横向变形,利用系统成像参数和圆柱半径建立校正图像与原图像的坐标对应关系,通过最邻近插值法进行像素映射实现透视投影失真校正。实验结果表明,该方法对不同直径圆柱的图像均有良好的校正效果,校正后的图像消除了圆柱曲面“近大远小”透视变形和倾斜投影变形;进行棋盘格模拟校正时,6个圆柱棋盘格边长的测量误差从校正前最高的14.9%降低至校正后的1.2%;进行划痕测量时,两种直径的原图像的最大误差分别为78.0%与61.8%,经本文方法校正后,两种直径的最大误差仅为5.9%与5.5%,校正效果显著。     

基于相关匹配的QR码识别方法

QR码图像识别是QR码应用中的关键技术.Hough变换、曲面拟合去背景、控制点变换等方法为QR码识别过程中图像预处理的基本方法,针对图像预处理后图像识别率低的缺点,提出了一种基于相关匹配法的QR码识别方法.基于曲面拟合的改进自适应阈值法分割图像.采用Hough变换和控制点变换方法校正图像的几何失真变形.利用模板对QR码进行相关匹配,对相干系数阈值处理得出取样网格.实验表明,本文算法能有效提高QR码识别效率和效果.     

基于几何成像模型的鱼眼镜头图像校正算法和技术研究

鱼眼镜头是一种具有广视场角的摄像机镜头,广泛应用于大场景视频监控领域,但其成像存在严重的非线性径向畸变,违反人类的视觉习惯,且为测量和模式识别等应用带来了不便.为了实现鱼眼镜头图像的校正,提出了一种基于几何成像模型的鱼眼镜头校正算法和技术,通过研究鱼眼镜头成像模型,根据鱼眼镜头类型采用了相应的几何模型校正图像;以“等距投影”模型为例提出了校正公式和实现方法.最后针对工程应用的实时性要求,提出了基于缓存的快速优化方法以及在保证一定精度的前提下快速实现双线性插值的优化方法.研究结果表明,这种新方法可以高效地完成鱼眼镜头图像校正,比传统方法适用面更广,更易实现.     

改进的PDE边缘保持图像插值算法

介绍了一种改进的PDE边缘保持图像插值算法.用简单的一阶微分运算大致分离出图像的平坦区域和边缘区域.对于图像的平坦区域,使用双三次样条进行插值;对于图像的边缘区域,使用改进的PDE算法,总体上减少了算法的运算量,并保持了插值图像沿边缘方向的平滑和跨边缘方向的陡峭.实验结果显示,该算法与传统插值算法相比较有一定的优越性.     

基于对数极坐标变换的中心视亚像素算法

为了利用仿生视觉中的碰撞时间参数实现主动避碰控制,对增强图像中心视目标物体区域进行了研究。首先,应用对数极坐标变换对视觉图像进行压缩变换,在变换中应用双三次插值对图像中心视区域进行亚像素增强;然后,对应用对数极坐标变换算法后图像的不同偏心率下的精度以及不同偏心率尺度下最小精度进行分析。实验结果表明应用变换算法后,图像数据得到了有效的压缩,中心视的目标物体图像仍得到了增强。     

一种数字图像几何畸变的自动校正方法

通过分析数字图像几何畸变产生的机制,提出一种数字图像几何畸变自动校正的方法.该方法首先利用大津算法和Radon变换提取几何畸变的图像边缘轮廓,利用轮廓顶点坐标,计算矩形的纵横比;然后求得畸变校正矩阵,对畸变图像进行校正;最后利用印刷体数字识别算法判断是否需要对校正后的图像进行旋转.实验表明,该方法能够快速有效地识别畸变图像轮廓,校正结果令人满意,鲁棒性强,具有较高的实用价值.     

基于图像求逆相位相关算法检测电机转子位置

提出了一种基于图像测量技术的电机转子位置检测方法.利用高速面阵CCD相机连续拍摄转动状态的电机转子的端面图像帧序列,然后对采集的相邻两幅灰度图像进行极坐标变换和相位相关运算,得出转子的旋转角度值.由于所拍摄端面图像的纹理信息与相位相关运算的准确性有关,故对图像的纹理信息进行了逆行重构,以得出可使运算准确的图像,保证检测的准确性.为了提高检测效率,采用自适应方法完成图像的极坐标变换,即根据测量精度的要求确定图像的采样范围,从而减少了运算量.实验结果显示,运算结果的准确率为100％,并且测量可适应一定范围内的光照强弱变化.与直接进行极坐标变换的运算相比,运算耗时降低了50％以上,结果为电机转子的位置检测提供了可靠保障.     

Image distortion correction for micromanipulation system based on SLM microscopic vision

Stereo light microscope (SLM) simulates stereo imaging principle of human eyes. Microscopic vision system based on SLM has become an important visual tool for micro measurement, micromanipulation, and microinjection. We develop a micromanipulation system based on SLM and present an image distortion correction method. We mainly correct two kinds of image distortions: lateral and vertical distortion. Distortion correction consists of two steps. First, a linear fitting algorithm for each row or column of target points is developed, and the fitting errors are calculated. If the fitting errors are smaller than a given threshold, the linear fitting results are kept and used. Otherwise polynomial fitting procedure will be used. Second, the parallelism of straight lines is corrected. The results show that a line in world coordinate frame (WCF) is not necessarily a straight line in image coordinate frame (ICF), or two parallel lines in WCF may be not parallel in ICF. Distortion correction can restore the parallel and linear relationship. For distorted left and right images, the magnitude of distortion exceeds 6 pixels and 4 pixels in the horizontal direction, and 1.2 pixels and 1.7 pixels in the vertical direction, respectively. After corrected, for left and right image, distortion can be reduced to 0.8 pixels and 0.7 pixels in the horizontal direction, and 0.96 pixels and 1.3 pixels in the vertical direction, respectively. The results show that distortion parameters obtained from the proposed method can effectively correct distorted images. Microsc. Res. Tech. 79:162–177, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

鱼眼镜头径向畸变的校正方法

针对鱼眼图像存在的径向畸变,提出了一种通过计算鱼眼镜头径向畸变函数来校正鱼眼图像的方法。首先,根据鱼眼镜头本身的特性运用Hough变换获取鱼眼图像的圆心以及校正半径;运用所提出的圆柱形棋盘格模版来完成径向畸变的标定,通过多项式拟合出鱼眼图像直径上采样点到圆心的距离和实际该采样点像点对应的物点所在视角之间的关系,从而将鱼眼图像恢复到球形投影面上;最后运用平面投影模型矫正出符合人类视觉感官的平面透视图像,并用一个圆柱形的投影面校正出了360°全景图。最后的实验结果证明了此方法的有效性。     

利用直线特征的定标图像非线性畸变校正

针对管道弯曲度测量系统中定标图像的特点，提出了一种利用图像中直线特征的非线性畸变校正方法。在畸变得到有效校正的前提下，三维空间中的直线投影到图像平面上应该是直线。先提取畸变图像的边缘，利用边缘线段长度作为判据，剔除野值。把边缘的畸变误差总和作为目标函数，通过最小化目标函数获得最优畸变系数，利用该组系数校正原图像的非线性畸变。实验结果表明，该方法的校正精度较高，适用于管道弯曲度高精度的测量，而且易于实现。     

Correction for piezoelectric creep in scanning probe microscopy images using polynomial mapping

We describe a method for using polynomial mapping to correct scanning probe microscope images for distortion due to piezoelectric creep. Because such distortion varies from image to image, this method can be used when the actual locations of some features within an image are known absolutely, or in a series of images in which the actual locations of some features are known not to vary. While the general case of polynomial mapping of degree N requires the determination of 2(N+ 1)2 matrix elements by regression, we find that by understanding the mechanism by which piezoelectric creep distorts scanning probe microscope images, we can fix most of these coefficients at 0 or 1 a priori, leaving only 2(N+ 1) coefficients to be determined by regression. We describe our implementation of this strategy using the Interactive Data Language (IDL) programming language, and demonstrate our technique on a series of atomic force microscopy (AFM) images of diblock copolymer microdomains. Using our simplified scheme, we are able to reduce the effects of distortion in an AFM image from 5% of the scan width to a single pixel, using only five reference points.     

Modified color CCD moiré method and its application in optical distortion correction

The characterization and correction of lens distortion is an important part of optical measurement. This work analyzes the formation mechanism of color fringes and multiplication moiré, and discusses modification of the color CCD moiré method for correcting lens distortion. A demosaicing algorithm was used to simulate the color fringes in a CCD moiré pattern. We then performed a detailed analysis of the carrier field, and adopted a universal polynomial distortion model to characterize lens distortion, which increased the accuracy of distortion correction. Comparison experiments verified the feasibility of the modified method and the correctness of the formation mechanism for color CCD moiré. The modified method was then applied to lens distortion correction in the DIC measurement process, effectively reducing errors in displacement measurement.     

基于全局相似性约束的多视点图像拼接

针对在大视差场景下进行图像拼接时容易出现的扭曲、失真、重影等现象,提出了一种基于全局相似性约束的多视点图像拼接算法。在传统细分网格模型的基础上,添加一个先验的全局相似约束项,对待拼接图像在整体上进行相似性转化,同时分别选取视角不同、亮度不同、复杂场景的三组图像,与已有算法的拼接效果进行对比,并采用质量评价方法对图像进行客观评价。结果表明：提出的方法在拼接效果上可以有效降低已有方法对大视差图像拼接时产生的扭曲和重影,且质量评价提高了10%以上;由于对图像的视角及场景深度无严格要求,因而具有良好的适应性,能够更自然地拼接大视差图像。     

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

为了准确地预算出大口径SiC轻量化主镜镜面的温度变形,研究了不同热模式下SiC轻量化主镜镜面面形的定标和计算方法.将SiC轻量化主镜上的温度传感器在轴向厚度方向上进行分层处理,对每层上的温度分布采用准Zernike多项式进行拟合.以4 m SiC轻量化主镜为例,采用有限元法分别对准Zernike前9项温度模式(18种温度场)下的镜面变形进行定标计算,得出各种单位载荷作用下轻量化主镜镜面的最大变形以及面形误差PV值和RMS值.计算结果表明:准Zernike第一项模式、单位载荷作用下镜面变形最大,其面形误差RMS为278.3 nm.采用最小二乘法对各种温差场下的镜面误差进行准Zernike多项式拟合,获得了准Zernike像差项的系数.采用最小二乘法拟合计算出镜面变形误差产生的准Zernike像差项的系数,结果表明,18种温度场下产生的像差形式主要有:平移、倾斜、离焦、彗差和像散.     

单层钎焊金刚石砂轮表面磨粒全场快速测量

为了快速获取单层钎焊金刚石砂轮表面全场磨粒的二维分布信息,提出了一种基于线阵相机的快速测量方法。对检测系统的原理、清晰无运动失真图像的获取、图像处理关键算法等进行研究。首先给出了检测系统的硬件构成与检测系统的工作原理；使用8方向模板的Sobel算子和标准件,完成相机对焦和运动失真图像矫正,然后对预处理的图像采用改进的阈值分割法Otsu算子对图像进行分割,最后实现了磨粒坐标及等效面积等二维特征量的提取。对磨粒有序排布的单层钎焊砂轮（粒度号35/40）进行测量实验，实验结果表明，系统从拍摄砂轮全场磨粒图像到获取磨粒坐标及等效面积所用的时间为77.4 s，可满足对单层钎焊砂轮的全场磨粒快速测量的要求。     

基于笔划趋势分析的二值图像细化方法

针对普通细化算法大多是基于原始图的中轴线及八邻域进行分析,不可避免导致有噪声点的直线变弯以及笔划交叉或分叉位置产生畸变的问题,在对Zhang算法进行分析和改进的基础上,提出了一种改进的基于笔划趋势预测的细化算法,获得了比较严格八连通的且各向对称的中心骨架,并有效地抑制了笔划交叉处的畸变,具有很好的细化效果和较快的处理速度,已成功运用于车牌自动识别系统中。     

Correction of distortion due to thermal drift in scanning probe microscopy

A common source of distortion in scanning probe microscope (SPM) images is “thermal drift,” the slow thermal expansion of different materials in the sample and microscope due to small changes in temperature over the course of a scan. We describe here a method for correcting this distortion by immediately following each image scan with a rescan of a small, narrow portion of the same area with the slow and fast scan axes reversed. The original, full image is corrected using a low-order polynomial mapping function, with coefficients determined by a pixel-wise comparison between the original full and rescanned partial images. We demonstrate here that this method can correctly remove distortion from a wide range of images with a precision of better than one pixel, and is also robust to common imaging artifacts. We also address some of the programming considerations that have gone into implementing this computationally intensive technique, which can now be performed using standard desktop hardware in times that range between a few seconds and a few minutes.