一种采用单目手眼视觉的目标位置测量方法

机械臂末端安装双目视觉,会降低其在障碍环境下的可通过性。针对此问题,本文构建了一种单目手眼与激光结合的位置测量方法,先通过手眼获取光斑,利用投射位置、投射点与手眼光轴的相对位置关系构建测量方法,然后采用D-H模型构建坐标转换系统,计算目标点的位置。目标测量精度与距离负相关,适用于中短距离的位置测量。与目前常用的双目测量方法相比,本方法减少了摄像机使用个数,降低了机械臂末端测量系统的宽度,更适用于狭窄空间作业,同时也提高了机械臂的有效载荷能力。     

一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法

激光光斑图像的光斑中心定位是激光位移检测中的关键技术之一.为提高桥梁挠度测量系统的实时性能,本文针对测量中激光光斑图像的特点,提出了一种确定光斑中心位置的方法.利用激光图像中光斑区域与其它区域亮度差别较大的特点,确定亮度阈值并将光斑图像进行二值化处理,得到一幅仅有激光光斑的图像,根据圆上平行弦的中点连线通过圆心的原理,通过求弦的中点确定圆心.本方法原理简单,计算量小,计算速度快,能够满足测量系统的实时性要求,已在测量实验中取得了较好的效果.     

数字摄像法测量激光近场光斑照度

激光打在漫反射屏上形成直径几厘米的近场光斑,人工使用照度计能直接测量光斑照度,但容易造成误差.本文通过数字摄像法得到相机拍摄的光斑图像的灰度,在Tsai模型基础上考虑漫反射率和相机离轴角的影响,建立了光斑照度映射与图像灰度的数学模型,由图像中的灰度能计算得到漫反射屏上光斑的照度.该方法简单、准确.通过实验和数据分析结果表明:光斑上不同位置目标点的照度映射后和图像对应像元灰度的关系符合CCD响应度的线性关系,从而为研究漫反射屏上照度测量方法提供了新的参考.     

动态包络线非接触测量系统研究北大核心CSCD

简要分析了的铁路限界测量技术的发展,总结了目前动态限界获取的三种主要技术手段,比较了它们之间的优缺点;提出了采用基于数字相机的单目视觉测量方案,实现了一种动态限界的非接触测量方法;介绍了测量原理、目标特性分析、光斑位置计算、高速图像存储设计等关键内容,根据使用要求给出了相机和图像采集卡选用的关键参数;分析系统对连续写入速度的需求,给出了解决方案,测试了高速存储系统的连续写入速度。通过多个试验验证了图像测量的重复性和位移测量的误差,符合设计指标和使用要求;通过整车测量试验验证了系统的测量能力。     

运动目标空间坐标多站法激光跟踪测量建模

运动目标空间位置激光跟踪测量是计量测试领域的前沿课题，该测量系统集激光干涉测距、光电检测、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。测量范围１－１０ｍ，测量精度５０μｍ／ｍ。采用多个激光干涉仪进行冗余设计，对测点造成过定位，通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中论述了多站法跟踪测量的原理并建立了计算坐标的数学理论模型。     

子结构传感器位置优化和响应重构

提出了一种子结构传感器位置优化和未测点结构响应重构的方法。按照结构体系,将整体结构划分为多个子结构,减少研究对象的自由度数目,然后对每个子结构单独进行传感器位置优化和响应重构。由于每个子结构的自由度数目都远小于整体结构,该方法有利于提高传感器位置优化和响应重构的效率。以最小化重构误差为目标方程,确定子结构传感器的位置和数目,并利用优化位置上的测量信息重构未测点的响应。数值算例和试验分析结果显示,利用有限测点测量信息重构的结构响应,在时域和频域里均能与计算或测量响应吻合良好。该方法不需要分割隔离各子结构和考虑复杂的边界条件,有利于该方法在大型土木工程结构中的使用。     

集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法,设计加工了微位移敏感芯片,并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成,在玻璃上制有金属光栅,光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化,通过测量衍射光强的变化可以得到位移．测试实验结果表明,所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测,最小可检测的位移约0．2nm．     

非接触式结构动力特性识别方法及试验验证

针对传统结构振动监测中存在的弊端,比如传感器和线缆布设困难、干扰交通等,提出了一种基于机器视觉技术的非接触式结构动力特性识别方法。发展了基于模板匹配算法的多点结构动态位移计算方法,利用多点结构位移时程信号识别结构动力特性。制作模拟桥塔的钢竖杆并安装LED灯和加速度传感器,同时采用机器视觉位移测量系统和加速度测量系统进行振动监测及动力特性识别比较研究,试验结果表明本文方法和加速度测量方法计算得到的结构动力指标相当吻合,验证了该方法在结构动力特性识别方面的可行性。     

基于视频测量的运行状态模态分析

视频测量技术通过摄像机记录被测结构的振动过程,采用图像处理方法实现对结构上测点的多目标跟踪,具备全场非接触、测试过程简便、测量精度高等突出优点。基于摄像机成像模型,采用光束法平差提取出结构测点三维方向位移振动信息,每个测点等效于一个三轴"微位移传感器",对多测点目标跟踪可视为多通道同步数据采集。对摄像机成像系统进行校准,依照结构形状特性分布测点,由结构静止时各测点的空间位置构建出测试结构的几何模型,进行视频采集和多目标跟踪获取各测点动态响应数据,采用运行状态模态分析方法,识别出被测结构的固有模态参数。基于视频测量实现了测试结构几何建模和信号采集,并与模态分析软件紧密结合,形成了完整的视频采集与分析系统,具备良好的空间域展现能力,特别适用于柔性低频结构的动态测试与分析。以轻质风扇叶片、若干树叶等结构为对象进行实验研究,验证了该技术和方法的有效性。     

基于轮轨相对横移的轨距检测方法研究

针对传统轨距检测方法设备复杂、安装要求高和数据计算量大的问题,设计了一种基于轮轨相对横移的轨距检测系统。该系统首先使用两组激光源与相机组合分别采集左右两边轨头内侧激光光斑图像,然后根据钢轨边缘特点使用Hough检测与透视变换将其矫正为同一采集距离正视视角图像,接着对比基准时刻图像计算激光光斑中心点垂向位移变化量并通过其与轮对横向相对位移的几何关系分别计算两侧轮轨相对横移变化量,最后由两者差值得到相对初始时刻轨距变化量实现轨距的间接检测。实验结果表明,该轨距检测方法硬件结构简单,数据计算量小且检测精度较高,可实现轨距参数的非接触式检测。     

干扰环境下基于计算机视觉的多目标动位移高精度监测方法

当前基于计算机视觉的动位移测量研究通常要求高速高分辨率摄像机和理想拍摄环境,以保证测量的性能和精度。然而高速相机成本较高,目标成像需要较高对比度,且实际拍摄过程中环境条件也难以保持稳定,导致应用受限。结合时空上下文算法和光流算法,提出一种无需人工标靶点、鲁棒的多目标位移监测方法,通过智能手机实现干扰环境下的结构多点动位移同步测量。开展悬臂小球模型的扫频实验,检验方法在一定频率范围内的测量效果。其中,使用智能手机对激振小球进行拍摄,并在实验中保留复杂背景和模拟光照变化。分别采用所提方法和常用的特征光流算法对视频进行处理,得到动位移结果,并与位移传感器测量值进行对比。结果表明,在有光照变化干扰下,所提方法具有更强的抗干扰性,各监测点的最大位移偏差在 5% 以内。     

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。     

热扩散率测量中激光非均匀加热的研究

激光闪光法是测量材料热扩散率的一种瞬态测量方法,是测量速度最快的方法之一,也是目前最受欢迎的方法之一.通过对闪光法测量装置中激光器输出光斑的实时探测,发现大能量下光斑分布的均匀程度明显优于小能量下的分布情况.通过设计实验,验证了光斑的这种分布情况以及激光非均匀加热对热扩散率测量结果确有一定影响.为此,特设计一套光学装置...     

正交各向异性复合材料孔板性能参数识别测点的最优布置

基于静态位移的测量和边界元分析,性能参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算的位移之差的平方和。求解此优化问题采用Levenberg-Marquardt算法。通过该算法适定性的分析,提出了考虑诸多因素综合影响的优化测点布置的方法。该方法的有效性得到了数值算例的验证,算例结果表明测点布置对正交各向异性复合材料孔板性能参数识别的结果有较大的影响。提出的方法可以找出测点的最优布置,得到令人满意的识别结果。     

激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法

人眼对不同灰度级的分辨能力非常有限,但对色彩却相当敏感,能区分有不同亮度、色度和饱和度的成千上万种颜色。根据人眼视觉的这个特点,提出了一种激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法。该方法利用伪彩色技术将激光光斑的256级灰度图像变换为连续变化的伪彩色图像,通过空间灰度插值运算将离散的图像数据生成光斑的彩色三维模型,实现激光光斑能量分布结构的三维可视化,以反映光斑不同区域能量分布的相对大小和位置,并可以通过3D坐标变换进一步方便人们从各个角度观察激光的能量分布。这为光束质量的评判提供了重要依据。     

激光测速仪定焦系统设计

为满足激光测速仪在米级距离的测速需要,设计了一种激光测速仪定焦系统.通过光束分析仪测量距离激光出射口不同位置处的光斑半径,利用函数拟合的方法得到激光束腰斑半径与腰斑位置.采用望远镜系统作为定焦系统的基本结构,通过MATLAB软件穷举定焦系统的各项参数,记录满足条件的参数.根据操作过程中的实际条件选择其中一种数据搭建定焦...     

微位移视觉测量系统光学结构参数设计方法研究

在激光三角法原理的微位移视觉测量系统中，根据成像公式和原则提出了一种基于Visual C＋＋ 6．0的计算机辅助公式设计法，可以对光学系统结构进行简便、快速和精确计算。该方法不仅可以迅速得到光学系统相关结构参数，还可以应用于光学成像系统光学参数的设计和优化，使整个测量系统的设计和完善更加快速有效。     

基于六自由度振动台的车辆构架运动姿态测量

轨道几何动态检测是保障列车安全运营的重要手段，而车辆构架运动姿态测量结果的准确性直接影响到轨道几何动态检测的可靠性。为提高车辆构架运动姿态检测的准确性，提出了一种基于六自由度振动台的构架运动姿态测量方法。在模拟构架上施加不同的激励信号，利用安装测点布置位置上的4个三轴加速度计采集加速度信号，通过快速傅里叶变换的频域积分方法和基于位移数据的姿态计算算法，将加速度信号转化为模拟构架几何中心的位移及转角，并以六自由度振动台的输入信号作为标准，开展构架姿态测量方法的验证试验，结果表明构架姿态测量算法的横向位移、垂向位移、侧滚、摇头中误差分别小于0.04 mm, 0.03 mm, 0.05°,0.03°。     

基于有限测点的高拱坝原型整体动位移场反演研究

坝身泄洪的拱坝振动位移均方差是反映坝体振动强烈程度的重要指标,由于开展拱坝原型振动测试的测点有限,难以全面准确反映拱坝坝体的整体振动响应场分布特性,仅利用有限测点的动位移均方差进行坝体振动安全评价显得不够全面和具体,因此通过有限测点的实测响应反演出整个坝体结构的动位移场具有重要意义。以二滩高拱坝为工程实例,对其开展了原型泄洪振动测试,通过布置于坝体上的有限测点的原型实测动位移响应,基于遗传算法和有限元模态分析对该拱坝原型整体动位移场进行了反演,并给出了拱坝原型动位移场反演的具体流程图;反演结果表明,仅利用坝体顶拱拱圈的7个动位移响应测点实测值反演出了整个拱坝在泄洪工况下的动位移场,且反演结果与实测结果较为吻合,该方法为高拱坝的泄洪振动安全的正确评估提供了新的技术手段。     

异步触发CCD摄像机电子快门的预测方法和实现

用激光回波脉冲控制电子快门来操纵摄像机的曝光时间，是抑制背景噪声的一种有效方法。提出了异步触发摄像机电子快门的预测方法，并将它应用在激光光斑的捕捉和测量中，提高了光斑图像的信噪比。该方法适宜 和于测量经过编码后的远距离激光脉冲光斑，为应用电视摄像机捕捉有规律的瞬态存在的目标提供了一个途径。