仿生复眼系统标定及测量方法研究

为了实现对近景目标物的三维测量,研制了一种小型仿生复眼系统。介绍了该复眼系统的结构及其参数设计原则,并对该系统采用的标定、三维测量等算法进行研究。首先根据复眼成像特点搭建了标定和测量平台,并分别使用张正友的方法、直接线性变换法、Tsai式两步法三种摄像机标定方法对复眼的中心子眼进行标定,通过比较实验结果发现Tsai式标定方法精度更高,更适用于本复眼系统的标定。然后针对边缘子眼光轴与图像传感器不垂直问题,提出了一种新的图像畸变数学模型,有效的提高了边缘子眼的标定精度。最后建立了多子眼三维探测模型,并探索了多子眼成像对复眼相机测量精度的影响,认为三子眼可获得比双子眼更高的精度和稳定性。实验结果表明,在距离复眼相机150?260 mm范围内,该复眼探测系统的三维测量相对误差在2%左右,在满足仪器小型化的同时能基本实现近景三维测量。     

印品检测过程中基于SIFT 算法缩小匹配范围的方法

针对多个CCD 采集多幅图像会产生一定的重叠区域,为了实现印品在线检测的要求,提出了一种结合SIFT 和缩小匹配范围的图像检测方法。该方法基于SIFT 提取特征点,改进了局部搜索范围,利用RANSAC 算法计算图像坐标变换矩阵,采用多分辨率融合方法对拼接图像进行融合处理。结果表明,采用该方法可以减少匹配和图像检验时间,降低估算概率,完成检测图像拼接。     

利用图像拼接实现微结构的大视场测量

为实现基于图像的飞秒激光烧蚀硅晶片光斑阵列的完整测量,对采集的多幅光斑阵列图像拼接,得到完整的飞秒激光烧蚀光斑阵列图像。首先,对飞秒激光烧蚀光斑图像进行增强处理,对光斑进行方形拟合提取中心点,获取每两个中心点间的像素值,运用线纹对微视觉测量系统标定,获得像素尺寸与几何尺寸之间的比例系数,根据比例系数对像素尺寸与几何尺寸进行换算,得到对光斑阵列的视觉测量值;最后,用拼接后的光斑阵列进行图像测量,得到测量尺寸与实际尺寸间的误差平均值为3.00%。经实验验证,利用图像拼接对微视觉系统大视场微结构进行图像测量是可行的。     

身管内膛检测系统设计及实现

针对目前火炮内膛检测存在的问题,结合计算机图像拼接技术,设计并实现了一种高精度、高可靠性、智能化的身管内膛疵病检测系统,主要由内膛观测硬件系统和图像拼接分析软件系统组成.观测硬件系统主要是通过CCD摄像头获取内膛疵病图像,由液晶屏实时显示并保存,包括CCD摄像头分系统、计算机分系统和便携式控制箱三大分系统;图像拼接分析软件系统是基于特征点稀少的图像拼接算法对内膛图像进行处理拼接,提供完整的分析图像.系统应用实验结果表明,能获得无缝、清晰、完整火炮身管内膛图像,满足炮管实时检测需要.该系统为实现直观、快速、准确地对火炮的质量、寿命等性能做出判断有较大的实用意义.     

采用标记约束实现三维图像拼接新方法

该方法的特点在于利用相邻图像块中3组重叠标记约束信息,完成传感器测量位置相互关系参数的标定,根据相互位置关系标定参数实现坐标系的统一和三维图像数据的拼接。同时,在标定参数解算过程中,引入旋动理论,利用空间向量分步求解12个位姿参数,使求解过程简单易行。通过对一自由曲面分块测量及数据拼接实验表明,这种方法参数求解简单,空间距离拼接相对误差优于0．56％。     

视觉检测技术在曲轴锻件尺寸检测中的应用

针对当前曲轴锻件尺寸检测自动化水平不高的问题,通过对图像边界识别、CCD标定等关键问题的研究,提出了一种利用图像处理技术自动检测锻件尺寸的方法.基于CCD摄像机的检测系统实现对曲轴锻件连续成像,通过图像拼接、边界处理,得到曲轴各处的特征信息,快速准确的计算出曲轴各位置的几何尺寸与形位公差.该方法提高了曲轴锻件的检测速度和精度,极大的提高了生产效率.     

CD-AFM扫描图像的三维拼接方法

基于原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)的关键尺寸(critical dimension,CD)测量技术可有效测量MEMS结构的侧壁形貌和线宽,针对CD-AFM的关键共性技术之一提出了一种三维图像拼接方法,旨在把结构正表面图像和侧壁图像拼接成为一幅完整的三维图像.通过旋转样品的方式,利用AFM扫描结构形貌,分别得到其正表面和侧壁的扫描图像.在两幅图像的重叠区域进行图像预处理和快速图像相关匹配,可准确获取图像匹配点.随后,对侧壁扫描图像进行逐列翻转、切割、旋转和拼接等操作,最终可得到结构的三维形貌图像.采用C++语言编写的算法对AFM获得的实际扫描图像进行了三维拼接,拼缝边缘曲线相似程度达到97.62%,结果表明该算法具有很好的准确度.     

基于尺度不变特征变换特征的显微图像在线拼接方法

为解决显微镜观测视野狭小的问题,提出了一种基于尺度不变特征变换(SIFT)特征的显微图像自动拼接方法.该方法充分考虑了显微图像采集过程以及显微图像自身的特点,通过一系列适用于显微图像拼接的算法,控制单幅图像拼接时间在1秒内,进而可以保证显微图像拼接随图像采集在线完成,同时,利用SIFT特征匹配准确度高的优点,可达到亚像素级的拼接精度.该方法拓展了显微镜的应用,尤其适用于生物和医学显微图像观测.     

拼墙系统的颜色校正和多层图像处理系统设计

介绍一种基于DLP(数字光处理)显示技术拼接墙系统的颜色校正方法和可灵活配置的多层实时图像处理系统的设计,首先对每个DLP显示单元进行三基色校正,再对超高分辨率的拼接墙显示系统图像进行生成、分割、叠加等信号处理.颜色校正和多层图像处理系统与拼接墙每个显示单元构成一个分布式的系统,能同时显示大量信号源,且信号源的类型和数量可以灵活配置.所有信号均能实时高质量的在全拼接墙范围以任意大小、任意位置、任意顺序进行多个窗口的叠加显示.作为一种新型的多层图像处理系统,既增加了应用的灵活性,又可以减少资源浪费,降低成本.     

图像拼接技术在台阶高度样块评定中的应用

研究了目前国际上通用的图像拼接技术,针对白光干涉方法测量台阶高度样块图像视场区域小的问题,提出了一种使用台阶边缘作为匹配点、基于三维点集的台阶样块图像拼接方案,实现了台阶样块图像三维自动拼接,满足了按照国际通用的单线评价法对台阶高度进行评定的要求。使用美国VLSI公司的有证台阶高度标准样块对软件拼接准确度进行了验证。验证结果表明,最大差值为1.3 nm,偏差在VLSI给出的测量不确定度范围之内,显示出该图像拼接技术的有效性和高准确度。     

介电润湿液体透镜仿生复眼的设计与仿真

为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。     

数字视频判读中图像预处理技术研究

本文通过分析不同的图像预处理算法的特点,根据数字视频判读系统中图像预处理的需求,探讨了图像预处理中选取算法的原则和方法。提出了一种用自适应中值滤波降低噪声,并基于人眼视觉响应的非线性特性的局部对比度增强算法。该算法自适应性强,不但能提高图像的对比度,而且对弱小目标和图像细节有很好的增强性能,十分适合对数字视频判读的图像进行自动增强,提高判读系统的性能。     

Open-eye detection using iris–sclera pattern analysis for driver drowsiness detection

This paper proposes a novel approach for open-eye detection that can be used in driver drowsiness analysis based on computer vision techniques. The proposed method captures the driver video using a low-resolution camera. The proposed drowsiness detection system has three main stages. The first stage is face detection using elliptical approximation and template matching techniques. In the second stage, the open eye is detected using the proposed iris–sclera pattern analysis method. In the third stage, the drowsiness state of the driver is determined using PERcentage of eye CLOSure (PERCLOS) measure. The entire system is designed to be independent of any specific data sets for face or eye detection. The proposed method for open-eye detection uses basic image processing concepts of morphological and laplacian operations. The proposed system was evaluated with real-life images and videos. Open-eye detection accuracy of 93% was achieved.     

基于变分贝叶斯多图像超分辨的平面复眼空间分辨率增强

平面复眼成像系统利用多个子孔径对场景进行成像,由于子孔径大小和图像传感器空间采样率的限制,各子孔径图像质量较差。如何融合多个子孔径图像来获得高分辨率图像是亟需解决的问题。多图像超分辨理论利用多幅具有互补信息的图像来重构高空间分辨率图像,然而现有理论通常采用过于简化的运动模型,这种简化的运动模型对平面复眼成像并不完全适用。若直接把现有多图像超分辨理论用于平面复眼分辨率增强,不准确的相对运动估计将降低图像分辨率增强性能。针对这些问题,本文在变分贝叶斯框架下改进了现有多图像超分辨理论中的运动模型,并把导出的联合估计算法用于平面复眼分辨率增强。仿真数据实验和真实复眼数据实验验证了推荐方法的正确性和有效性。     

Real time neutron radiography using a Lixi neutron imaging device

A real time neutron radiography system has been developed at the University of Michigan Phoenix Memorial Laboratory (PML) and has recently been used to test the imaging capabilities of a neutron imaging device developed by Lixi, Inc. of Downers Grove, Ill. This device uses an input phosphor that is high in gadolinium to generate a light image which is then sent through an intensifier stage to provide images that can be viewed by eye, video camera, or standard 35 mm camera. It was determined that this device provides images of much higher resolution and sensitivity than those obtained with the imaging system currently being used at PML. Using computerized image enhancement techniques, the images obtained with the Lixi neutron imaging device can then be futher enhanced or processed to obtain quantitative information on the object being imaged.     

基于眼动追踪技术的产品形态仿生设计研究

目的 为有效解决仿生对象造型特征存在的问题。方法 基于仿生设计学和认知心理学等相关理论,运用眼动追踪实验进行产品形态仿生设计,提出一种通过测量眼动数据来确定仿生形态特征的方法。以小型道路清扫车的造型设计为例,选用上海市市花白玉兰为形态仿生对象,运用眼动跟踪实验得出眼动生理数据,对数据进行数理统计后,分析用户对生物外形本征的关注点和兴趣点,提取关键外形的设计因素,以此研究生物外型的典型特性。结论 为产品形态的仿生设计提供一定的参考和借鉴。     

基于认知耦合的加湿器设计

目的 把认知耦合理论引入产品形态设计中,得出符合认知耦合理论的设计方案.方法 首先通过语义差分法获得产品目标感知意象,依据意象词汇寻找仿生对象,能够同时实现形态耦合和语义耦合;其次通过拓扑结构的方法对生物原型进行特征层次分析,筛选最强特征,通过拓扑权值和拓扑相似度得出最佳仿生形态,最后运用模糊综合评价法评定耦合度,确定设计方案.结果 仿生鹦鹉鱼形态,分析特征拓扑图与结构特征,通过模糊综合评价法确定加湿器设计方案,实现了造型认知耦合与语义认知耦合.结论 将认知耦合理论与仿生设计结合作为此次设计理论总结的设计方法运用到产品设计中,可以满足产品造型需要,也可以满足加湿器的语义需求,这是一种新的设计思路,具有研究意义.     

人眼微动机制实时红外图像边缘提取

图像边缘特征提取是视频跟踪和目标提取的关键步骤,其性能和处理时间直接影响了后续图像处理的性能及视觉系统的整体响应时间.本文研究了一种基于人眼固视微动的实时图像边缘提取算法,针对算法具有边缘识别能力强,但运算量大的特点.通过采用并行处理结构及流水线技术在FPGA内实现了该算法,试验结果说明该算法在FPGA内实现具有与视频流同步的实时性,并且边缘提取的效果很好.在图像目标实时跟踪系统中应用,极大提高了目标的跟踪精度和稳定性.     

基于CCD客观式屈光度仪的研究

描述了人眼屈光度仪的测量原理,设计了一套屈光度测量、采集处理、显示、打印系统,该系统是以一束红外脉冲光射入视网膜,由CCD接受视网膜反射的图像,将CCD图像进行数字化处理存入SRAM、CPU计算出人眼的屈光度值,并显示、打印出数据,该研究成果能准确测量人眼屈光度值。     

A microcomputer-based video-pattern generator for binocular visiontest

This paper presents a hardware and software system for the generation of video patterns that can be used for various vision tests, particularly depth perception. Among the capabilities of the system is generation of static and dynamic random dot stereograms that can be used to test depth perception. The system generates the patterns in real time which provides the capability of moving the objects in the stereogram. This feature is very useful in testing depth perception among infants and noncommunicative people by correlating the movement of the eye with the movement of the object. The other patterns are the checkerboards, vertical and horizontal bars with a capability to sweep the size of the checkers and bars. These latter patterns are useful for testing vision acuity. The system is based on the TMS34010 graphics processor and is connected to a host computer through an RS-232C serial communication port. It has an RGB video output for connection to an RGB color video monitor to display the various video patterns. The application and system software is written in assembly language which is efficient for real-time applications