DSCM中摄像机光轴与被测物面法线夹角的估计方法研究

在平面数字散斑相关方法（DSCM）中要求摄像机光轴与被测物面法线平行,否则带来的误差可能导致实验结果不可信。本文针对数字散斑相关方法中摄像机光轴与被测物面法线之间的夹角估计问题,提出了一种基于经典图像处理的方法,即摄像机实时采集自制夹角测量块的图像,利用图像处理中的角点与圆检测方法估计出光轴与法线之间的夹角。     

数字摄像法测量白天能见度算法设计

数字摄像法测量白天大气能见度,常用的方法是双亮度差法,此方法需尽可能保证标准的观测条件,例如两组目标-背景视线方向一致,尽量选择观测反射率低得可以忽略的人工实用黑体目标物等,否则会产生较大的误差。为此设计了一种新的基于数字摄像机的白天能见度算法:拍摄包含合适的目标物和天空背景图像,通过暗原色先验估计透射率,通过调节光圈大小获得散焦图像,把S变换应用到图像处理中,计算视觉距离,可以得出大气消光系数,从而反演出大气能见度值。实验数据表明,该算法在能见度的值在4 000~8 000 m范围内最大误差小于9%,测量结果比双亮度差方法误差减小2.1%~3.4%。     

数字摄像能见度仪的白天能见度算法设计

数字摄像仪测量白天能见度过程中,由于目标物的非黑体特性、天空亮度分布不均匀性和遮挡物的存在,造成常用的双亮度差方法不能准确计算能见度。为此设计了一种新的基于数字摄像机的白天能见度算法:将数字摄像机获取的彩色图像分割后留下背景天空区域,对目标区域进行天空信息重建,通过估计透射率计算能见度值。实验数据表明,该算法在能见度观测范围1 500～3 000 m内最大误差小于20%,符合世界气象组织对能见度仪的误差要求,并在天空亮度分布不均匀并存在遮挡物的情况下得到良好的观测结果,测量结果比双亮度差方法误差减小2.4%～3%。     

基于OpenCV视觉库的ESPI图像增强技术研究

针对ESPI条纹图像富含散斑噪声的特点,提出了一种有效的ESPI图像增强技术.阐述了ESPI测量的原理,基于OpenCV开源计算机视觉库,采用偏微分方程的图像滤波方法,离散化PM扩散模型进行滤波处理,并使用灰度直方图均衡化方法提高ESPI条纹图像对比度,最终得到利于相位计算的清晰ESPI条纹图像.提出采用保真度与对比度对ESPI条纹图像增强的量化评估方法,原理分析和实验表明该方法有效降低散斑噪声并保留条纹的边缘信息,提高散斑图像的对比度,具有较强的实用性.     

激光雷达直升机巡线技术的现状与应用前景

在我国的直升机巡线试验中, 多采用红外线摄影仪、数码摄像机、高分辨望远镜、可见光录像机等设备作为观测工具。但无论是多光谱还是热红外技术, 空间定位的量测精度均不高, 而且获得的多源数据大多分开处理。激光雷达系统可以克服这些缺点, 它是利用激光脉冲来获得被检测对象的相关信息, 同时它还集成了数字量测相机, 可以生成数字正射影象, 满足测图量测的要求。机载激光扫描数据包括2 方面的信息:一是激光扫描仪与地面各点的距离; 二是回波强度, 即地物反射率信号。利用这2 种信号可以区分植被、建筑物、电力线和杆塔等不同的地物。激光雷达系统在国外电网维护中已经得到了广泛的应用, 在国内电力线路设计中已有应用, 用于电网维护尚处于探索阶段。     

三角法激光位移传感器的参数优化设计与分析

根据激光三角位移传感器的工作原理,分析了入射激光与光轴夹角θ,CCD与光轴夹角φ,物方截距d0,焦距f等光学参数之间的约束关系,进而由粒子群优化算法(PSO)研究约束下的激光位移传感器光学部分的测量精度问题,得出光学参数对光学部分分辨率的影响规律.结果表明:在光学透镜和工作范围确定后,θ和φ越小,测量精度越高.其中,θ和φ合适的取值范围分别为30 ～60和30 ～50,d0则由PSO计算得到.依据该优化方法以及分析,对测量范围为±3.5 mm的实验系统进行参数优化,结果提高了实验系统光学部分的分辨率,同时改善了测量的线性度.     

基于Butterworth滤波和Haar小波变换的干涉图像齿面域分割

干涉图像中反映齿面形貌信息的齿面域被背景噪声包围，其分割精度对相位解包裹、图像配准等后续的处理步骤存在较大的影响，直接关系到最终测量结果的精度。针对齿面干涉图像边界存在杂散条纹的现象，通过分析齿面干涉条纹的分布规律，提出了一种结合Butterworth滤波和Haar小波的齿面域分割方法。最后，在本文实验条件下，通过与时域分割方法进行对比，该方法可以将齿面干涉图像的边界杂散条纹区域内解包裹相位值有错误的地方排除在有效测量区域外并且能够对其进行有效校正，证明了基于频域信息的分割方法能够有效地提高干涉图像齿面域分割的精度。     

数字散斑相关方法全场变形快速测量

采用亚像素初始值结合插值系数双缓存方法提高反向组合算法计算效率,用于数字散斑相关方法全场变形测量。首先根据反向组合算法迭代特性,采用相关系数拟合法得到亚像素位移初始值代入反向组合算法,加速单点匹配迭代收敛速度;然后由全场变形计算特点,采用插值系数双缓存方法提高全场亚像素变形计算效率。本算法在单点匹配时,速度加快了10.33%;全场变形计算时,速度提升了24.93%。由此证明本算法能有效提高基于反向组合算法的数字散斑相关方法全场变形计算效率。     

一次试验引线分布电容对CVT误差特性的影响

电容式电压互感器(CVT)现场计量误差试验时,需在被试CVT与标准CVT 一次侧上挂接试验引线,该引线与CVT外壳之间的夹角将耦合产生杂散分布电容并叠加到CVT自身的分压电容上,从而影响误差测量的准确度.通过对CVT结构和分布电容耦合特性的分析,建立了 CVT与一次侧引线分布电容估计模型,最后结合案例分析了不同挂接角度...     

计数式瞬时测频精度分析

本文针对计数式瞬时测频精度进行分析,提出了通过级数展开来估计测频误差的方法,其中应用了莱布尼兹定理对交错级数进行了取舍,推导出计数式瞬时测频中测频误差与观测时间、基准时钟频率及被测信号频率之间的关系。     

基于非标定摄像机的尺寸测量方法

针对小工件的非接触长度测量,提出了一种基于交比不变,利用非标定CCD摄像机与已知特征标记物进行小工件长度测量的新方法.利用摄像机对工件的图像信息进行远距离采集,建立测量模型,在对图像进行预处理的基础上行边缘识别,提取工件与已知特征标记物边缘特征,进而实现工件长度的在线测量,并与经标定摄像机的在线测量结果进行比较,结果表明,该测量方法操作简单,无需标定摄像机的同时适应性强,被测工件长度在0～500 mm,测量误差低于0.4％.     

基于SURF算法的HIFU治疗前后超声图像配准研究

高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,医生通常将治疗前后的超声监控图像直接相减,得到治疗区域的图像来判断治疗效果。由于治疗后病人的体位可能会变化,导致治疗前后采集的图像发生偏移,通常需要先将HIFU治疗前后的超声监控图像进行配准。提出了一种基于加速鲁棒性算法(SURF)和超声监控图像散斑特征的快速图像配准方法。首先利用经典的SURF特征检测器分别提取治疗前和治疗后超声图像中的特征点,采用欧式距离匹配提取的特征向量,通过超声图像的固有属性散斑特征的分布规律优化配准参数并用RANSAC算法去除错误匹配点对,最后利用最小二乘法求出图像之间的映射关系完成配准。实验结果表明,该算法能自动搜索治疗前后超声监控图像中的对应特征点,比传统的人工筛选特征点效率更高,且利用散斑特征的分布规律优化后的SURF算法相比标准的SURF算法配准精度更高。     

桥梁水下结构表观的图像采集系统的研究

为提高突发灾害后桥梁快速评估,确保桥梁结构安全,设计了一款基于摄像机阵列的水下检测装备,以实现桥梁水下结构病害的快速精确测量。在分析水下工作环境的基础上,提出摄像机阵列的具体设计方案。为减小水下阻力,适应在浑水中近距离大视场检测,系统采用的摄像头是带照明的微型摄像机。为减小后期图像拼接的压力,本系统采用Matrox _morphis_qxt图像采集卡,配合磁盘阵列RAID系统以达到同步采集、实时传输、快速存储。最终通过图像拼接技术,恢复被测桥梁水下结构表观全貌图。     

微型零件中圆孔的高精度定位方法

根据微型零件中圆孔的成像特点,为了实现其高精度定位,提出了基于双三次样条插值的圆孔定位方法.首先使用Canny算子得到被测圆孔图像的单像素边缘,然后在此基础上利用双三次样条函数在边缘法线方向上对图像进行插值,对插值的结果进行差分,从而得到边缘的亚像素位置,再通过椭圆最小二乘拟合计算出亚像素精度的圆心坐标,精度优于0.025个像素.实验结果证明,此方法可以有效的提高圆孔的定位精度.     

摄照投影机

视频图像是“摄照投影机”科学研究和图像复制的重要辅助手段。摄像机在摄照投影机系统及图像复制处理中的重要作用及摄影图像在投照研究和复制试验中均展示了诱人的前景。 摄像机在投影及照相中的应用涉及到几个方面,仅以M3000型摄像机经改造后的放大广面投影与断面成像及复制过程做一概略论述。     

融合小波与非局部均值滤波的DSPI相位图去噪

相位图去噪是数字散斑干涉测量的关键技术,但现有以正余弦均值滤波与窗口傅立叶变换滤波为代表的去噪方法在相位保真、自适应降噪、操作简便等方面不能完全满足要求。提出了一种新的自适应相位图去噪方法,首先计算原始相位图的噪声方差,然后对图像分别进行正弦与余弦变换后得到两幅图像,再对这两幅图像进行小波同态阈值去噪与非局部均值滤波,最后将处理后的两幅相位图反正切运算并再次估计噪声方差,根据图像噪声方差的收敛情况判断是否继续迭代处理,以实现相位图的自适应降噪。实验结果表明：针对同一张含噪相位图与传统正余弦均值滤波相比,本文方法噪声方差减少了0.38、L算子和减少了0.2、SSIM提高了0.16,同时,图像信息熵仅相差0.1。该方法能够有效抑制相位图中的相干噪声,充分保留相位边缘信息,同时能够有效避免因不适当的迭代滤波次数所导致的相位失真或噪声残留。     

一种计及全量测相关性的混合电力系统状态估计方法

针对电力系统状态估计中全量测存在相关性的实际情况,提出一种计及全量测相关性的混合电力系统状态估计方法。首先,利用无迹变换法计算来自数据采集与监视控制(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统量测之间的统计相关性;其次采用量测缓冲器和向量自递归模型(vector autoregressive model,VAR)计及相量测量单元(phasor measurement units,PMU)量测的时空相关性,最终形成两部分相结合的混合线性状态估计方法。该方法在充分考虑PMU量测量之间时相关性的同时,能够确保PMU量测量与基于具有相关性的SCADA量测状态估计结果保持时标的一致性,进而有效地得到计及全量测相关性的电力系统状态估计结果。通过在IEEE-118标准节点系统上进行大量仿真算例分析,结果表明所提方法能够明显提高状态估计结果的精度。     

基于电子剪切散斑干涉技术的光学电流互感器

基于Faraday磁光效应的光学电流互感器的研制和试运行表明,光学电流互感器的应用能产生一定的经济效益和社会效益.作为对其应用范围的补充,提出基于电子剪切散斑干涉方法的光学电流互感器,并设计相应的磁场力敏感传感器,其原理是待测电流的磁场力作用于传感器使之变形,用电荷耦合器件记录传感器的变形图像,对图像进行处理得到待测电流的磁场力或电流大小.实验室的可重复性和抗干扰性实验表明,所设计的光学电流互感器可用于现场使用.     

一种高分辨X光数字胃肠图像系统的设计与实现

X光数字胃肠诊断设备是一种重要的医学测量技术,本文设计了一种新型的X光高分辨率数字胃肠图像系统,以提高胃肠临床诊疗的质量.采用2 048×2 048×12 Bit的高分辨率CCD数字摄像机,结合临床需求,研究开发了高速数字采集传输卡、成像光学通道及X光设备控制接口相关的硬件及软件.实验表明X光数字胃肠图像系统的分辨率达到了2.8 lp/mm.高分辨率的X光数字胃肠图像系统,可以获得更清晰的胃肠微细结构.     

基于图像雅可比矩阵的机器人视觉/力控制

在实际的接触型作业任务中,需要在控制位置的同时,控制末端执行器与环境之间的接触力。针对这一问题,首先通过力反馈信息对未知环境中的法线方向进行估计,然后设计了一种基于模糊自适应Kalman滤波的动态图像雅可比矩阵辨识方法,并将其应用于机器人视觉反馈控制任务中。最后提出视觉/力混合控制算法,在该算法中给出了视觉/力混合控制的约束条件,对视觉采用变结构控制器,力控制采用PI控制器。仿真结果表明,该策略具有较高的力控制精度和曲线跟踪能力。