莫尔条纹倾角快速求解算法及应用

为了满足基于泰伯-莫尔条纹长焦距测量技术在测量激光材料热效应等效热焦距时对测量速度的需求，提出了一种莫尔条纹倾角快速求解算法。在对传统频域迭代法测量速度影响因素分析基础上，基于迭代运算坐标值相似性和离散傅里叶变换可分离性，将频谱值求解过程中包含小数值的坐标点进行公共项分离, 公共部分采用傅里叶变换指数项进行滤波，不同部分在提取相似项的基础上进行组合运算，将2维条纹图像傅里叶变换降为1维进行处理；同时相关指数项被限定在极小的可知范围，极大地方便了查表运算和位运算的采用。结果表明，采用相同配置计算机，在保证测量精度的前提下，将完成一次测量的测量时间从15s降低到0.4s，测量速度提高了38倍。该算法很好地满足了激光材料热效应等效热焦距参量快速测量的应用需求。     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

一种快速光栅条纹中心亚像素坐标提取方法

光栅条纹中心的精确提取会直接影响到线结构光视觉的测量与重建精度。为了解决传统的Steger算法计算量大,且在光条不均匀时提取不精确等问题。基于改进的Steger算法,提出了针对光栅条纹中心的快速亚像素坐标提取方法。通过高斯滤波、形态学等方法得到去复杂背景的激光条纹图像,用自适应阈值法缩小ROI区域,用霍夫变化求取光栅边缘线,求出边缘线中点,然后直线拟合,最后用改进算法提取中心坐标。实验结果表明:与模板法、传统Steger算法等光栅条纹中心提取算法相比,算法的鲁棒性更强,最大提取误差在0.3个像素,平均误差为0.1个像素,平均运行时间相比传统算法减少0.4 s。     

基于双目CCD测距的目标图像匹配算法研究

为了实现高精度的远距离双目CCD被动测距,提出改进的互相关匹配算法与三次曲面拟合算法,对双目CCD拍摄的两幅图像进行亚像素级匹配。介绍了双目测距系统的测距原理;进行测距图像的匹配操作,提出基于模板的灰度互相关算法,根据互相关运算的结果,提出亚像素级匹配算法,即采用三次曲面拟合方法,拟合出相关峰的亚像素级坐标;对测距实验结果进行误差分析,并修正系统误差的计算公式。实验表明,3 km以内的目标实际测量精度优于0.5%,满足高精度双目测距的精度要求。     

基于互信息的亚像素级立体视觉点匹配方法研究

在立体视觉测量中,为获得更高精度,往往需要将视差计算精确到亚像素级。将互信息理论引入双目图像配准并结合多分辨率技术实现亚像素级点匹配。采用Bouguet立体校正算法对左右图像进行极线校正,利用Harris角点探测器检测目标并将获取角点作为待匹配点,采用最大互相关法进行搜索确定像素级匹配点。然后对以左右匹配点为中心的20×20邻域图像进行插值并分别放大10倍和100倍,采用互信息方法先对低分辨率图像进行配准,再在高分辨率图像上进一步细化求精,结合像素级匹配的整数视差可得最终亚像素级视差。实验结果表明,该方法能将视差精度提高到0.01像素。     

透镜畸变模型下的亚像素对应点匹配方法

对应点搜索的精度是保证基于条纹投影的三维测量系统性能的关键因素之一,它直接影响到后期深度测量数据的匹配及融合的精度。目前基于相位相关技术的亚像素查找技术能够保证精度,但前期双方向条纹采集时间过长;而基于单方向条纹相位插值算法的对应点搜索未考虑镜头畸变,模型简单化造成精度下降。在透镜畸变模型下提出以绝对相位和极线参数作为两方向坐标,并结合相位线性插值算法的亚像素对应点搜索方法。理论分析和实验结果证明了所提出方法的有效性。     

结构光光条提取的混合图像处理方法

将大模板高斯递归实现引入到结构光条纹中心提取中,提出了一种基于感兴趣区域(ROI)的结构光条纹中心混合图像处理方法.结合图像的阈值化和膨胀算法,自动分割出结构光条所在区域作为光条提取的ROI,利用高斯卷积递归实现获得ROI内光条纹各点的Hessian矩阵,并确定光条纹各点的法线方向,最后在法线方向利用泰勒级数展开求得ROI内光条纹中心的亚像素图像坐标.实验表明,基于ROI的结构光条纹中心混合图像处理方法具有精度高、鲁棒性好和自动化程度高等特点,所提出的算法大大地减少了结构光条纹提取的冗余计算,实现了光条纹中心线的快速高精度提取.在保证光条提取的精度和鲁棒性前提下,所提出的算法将光条提取速度提高了10多倍,为结构光视觉三维测量的实时应用奠定了基础.     

激光干涉粒子成像乙醇喷雾场粒子尺寸和粒度分布测量

研究了一种基于激光干涉粒子成像(IPI)技术的粒子尺寸测量方法。该方法是利用粒子散射光在成像系统离焦像面上所形成的干涉条纹图,采用小波变换和模板匹配提取条纹图像中心,利用傅里叶变换和修正Rife方法提取干涉条纹间距/条纹数,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对51.1μm的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(49.79±0.41)μm,绝对误差1.31μm,并应用于乙醇雾场粒子测量,给出了沿x方向和y方向不同测量点处的瞬时雾场粒子的粒径分布、平均粒径以及索太尔平均直径(SMD)。     

利用莫尔条纹的计算机图象测量长焦距透镜焦距

莫尔条纹(Moire fringes)是两组线簇重叠在一起，在其交点位置处形成的条纹。由于莫尔条纹反映了两组线簇的空间频率之差(即拍频)，因此它具有放大作用，故可用来测量一些诸如角度、位相等微小变化量。本实验是利用两块空间频率相同的黑白光栅产生的莫尔条纹来测量长焦距透镜的焦距。先从理论上推导出在平行光场中，置于两块栅线呈一夹角的光栅之间某位置处的透镜产生的莫尔条纹为一组平行的直线系，它的斜率与透镜焦距之间定量关系。然后在实验中用CCD接收莫尔条纹的像，由计算机图象的斜率计算出待测透镜的焦距。     

基于相关系数拟合的亚像素定位方法

亚像素技术是一种用软件方法来提高数字图像测量精度的方法,而基于相关系数拟合的方法又是亚像素方法中精度较高的方法之一,将其用在相关模板匹配中,将相关模板匹配的整数像素的定位精度进一步提高到亚像素.实验结果表明,基于相关系数拟合的亚像素定位方法可以很好的提高数字图像中相关匹配的定位精度到0.1～0.2个像素.     

光刻对准中掩模光栅标记成像标定方法

双光栅叠栅条纹对准方法具有精度高、可靠性强等特点,适用于接近接触式光刻。为了实现高精度测量,实际应用中要求掩模光栅标记与硅片光栅标记高度平行。掩模光栅标记在CCD中成像通常存在一定的倾斜角。由此,在已提出的相位斜率倾斜条纹标定方法上,提出了一种改进方法。该方法充分利用掩模光栅45°和135°两个方向的相位信息标定CCD的成像位置,以实现掩模光栅条纹的标定。对比两种方法分析表明,改进后的方法具有倾角测量范围大、抗噪性强、精度高等优点,理论极限精度优于0.001°量级。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。     

基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法

本文结合最小绝对差度量(MAD)和(Hausdroff)距离度量两者的基本思想的优点,提出了一种新的对应像素距离相似性度量方法和自适应模板图像匹配跟踪算法,设计了帧间和帧内匹配跟踪置信度,提出了基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法.并对基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法的匹配跟踪性能进行分析,实验结果表明:该算法具有较强的抗噪、抗畸变能力和匹配跟踪稳定性,具有较高的匹配精度和匹配概率.     

任意指定地面复杂场景图像目标的去均值相关跟踪算法

本文通过对相关系数作为相似性度量准则的匹配跟踪算法的改进,提出了去均值相关跟踪算法,采用网格搜索法进行粗匹配,以邻域法进行精匹配,减少了算法的计算量,满足机载成像光电吊舱系统目标跟踪的实时性要求。提出了自适应模板更新方法和修正的自适应模板更新方法,并对这两种方法进行仿真比较,实验表明,修正的自适应模板更新方法具有更高的跟踪精度和更好的跟踪稳定性。     

一种新的基于梯度特征的快速相关匹配算法

文中定义了一种基于梯度纹理的新特征,并以目标模板与实时图像的新特征差异为相似性度量,提出了一种新的相关匹配算法。与工程上常用的MAD相关匹配算法相比,本算法相似度曲面更尖锐,匹配时间短,置信度高,适合应用于红外图像实时跟踪系统中。实验结果表明了该算法的有效性和优越性。     

IC晶片关键尺寸标定的新方法研究

提出了一种基于标准件法的二次标定法,实现了对微距尺寸的高速高精度测量.该方法经过实验测量数据的分析对比,表明比标准件法测量精度有明显提高,满足了IC晶片线宽测量的精度要求.     

高精度长焦距测量系统反射镜安装误差分析

大口径长焦距测量系统中,为了缩小测量系统的尺寸,加入两块反射镜形成折返光路。折返光路中两块反射镜的安装误差是影响测量结果的重要因素。将条纹理解成条纹成像面上的点光源阵列,通过这一思路分析了反射镜偏转角度对最终检测结果的影响。研究了反射镜偏转角度与反射镜单位法向量的计算公式,结合反射定律的矩阵形式,求出入射光矢量到出射光矢量的变换矩阵。基于反射镜的单位法向量、出射光的方向向量,利用解析几何得到理想接收屏上条纹所在直线的方程,求出接收屏上测得的条纹的角度。计算了两块反射镜小角度旋转的49种组合情况下,莫尔条纹角度的偏差结果。使用自准直仪分光路的方法调整反射镜,将反射镜安装误差控制在1以内,莫尔条纹角度的偏差在10-4数量级。通过实验验证莫尔条纹的测量精度实际达到0.005,充分说明了反射镜的调整效果。     

归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法

像素匹配是在线三维测量中的关键技术之一,提出了基于归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,由CCD再依次移动相同步距时刻同步采集受物体调制的变形条纹图。利用FTP方法预测物体不同位置的相位信息并进行归一化,再以二值化等相面协助像素匹配,不仅实现了物体在各帧条纹图中的像素坐标一一对应,而且归一化减少了由于物体运动产生的不同位置相位展开起始点不一致导致的不同位置相位展开的差异性而引入的误差,同时节省了像素匹配计算量。对最大高度为8 mm的peaks函数型物体的模拟结果表明:均方差为0.021 mm,像素匹配时间上,该方法较直接用FTP方法预测得到的相位为模板进行像素匹配缩短了近2倍,同是实物测量也验证了该方法的有效性和可行性。所提方法不仅可以保证在线三维测量的精度,而且有效地提高了测量速度。     

基于联合双机MUSIC的多目标无源定位算法

在无源定位中,基于角度信息的双机协同定位方法具有参数少、精度高和灵活性好等优点。但在辐射源日益密集的战场环境中,对多个目标实施定位时,通常将双机观测到的信息分别匹配并联合方程求解每个目标的位置,容易出现匹配错误、定位模糊问题。本文提出了一种双站联合MUSIC角度估计算法,通过降维投影的方法减少了谱函数和谱峰搜索的计算量,可以获得同一目标测向线匹配结果,并获得更高的测角精度。在定位解算中,利用经典的最小二乘法解算目标位置。仿真结果表明,对慢速多目标,相比匹配测向法,本文所提算法具有更高的定位精度。      

A new algorithm for distorted fingerprints matching based on normalized fuzzy similarity measure.

Coping with nonlinear distortions in fingerprint matching is a challenging task. This paper proposes a novel algorithm, normalized fuzzy similarity measure (NFSM), to deal with the nonlinear distortions. The proposed algorithm has two main steps. First, the template and input fingerprints were aligned. In this process, the local topological structure matching was introduced to improve the robustness of global alignment. Second, the method NFSM was introduced to compute the similarity between the template and input fingerprints. The proposed algorithm was evaluated on fingerprints databases of FVC2004. Experimental results confirm that NFSM is a reliable and effective algorithm for fingerprint matching with nonliner distortions. The algorithm gives considerably higher matching scores compared to conventional matching algorithms for the deformed fingerprints.