显微视觉系统中自动聚焦算法的研究

针对自动聚焦过程中的聚焦评价函数、聚焦窗口、搜索算法进行了研究。首先改进了Robert函数增加了聚焦评价函数的陡峭度;其次针对固定聚焦窗口无法准确找到聚焦物体的缺点,提出了一种动态选择聚焦窗口的方法,该方法将图像分块,利用不同子块的梯度变化程度区分物体和背景,该方法更具适应性;进而提出了大步长和小步长相结合的爬山搜索算法,经过改进后的爬山搜索算法能更准确地找到焦平面;最后通过自行研发的显微视觉系统验证了所提自动聚焦方案的有效性。     

微操作机器人显微视觉系统研究

分析了显微视觉系统的基本原理和组成，给出了其在微操作领域的应用现状，提出了显微视觉系统亟待解决的一些关键问题，并对这些关键问题的解决方案进行了探讨。提出并设计了一种面向亚毫米级微零件装配的基于正交方式实现的立体显微视觉方案，形成对三维微装配空间的立体监视，系统的精度为2．5μm，满足了微装配要求。     

微操作机器人显微视觉系统的研究

本文深入研究了基于生物工程领域显微视觉系统的设计方法．给出了微操作物体平面坐标及微机器人手端位姿的求取方法；提出了基于载物台平动测量微操作物体的高度及微机器人做三维空间已知运动标定出微机器人手端在摄像机坐标系的坐标，进而确定微机器人手端与微操作物体之间位置关系的单目视觉方案．采用两步法对显微视觉系统进行了标定．实验证明该系统运行可靠，达到显微操作的要求．     

基于显微成像系统最优聚焦函数选取

与光学成像系统不同,光学显微的成像系统景深较小,在聚焦过程中的主要核心问题在于聚焦评价函数的选取。针对目前常用的8种聚焦评价函数进行实验,并对聚焦评价曲线进行定性分析,采用灵敏度因子、清晰度度比率、平缓区波动量以及运行时间进行定量分析,结合分析数据选取出适用于显微成像系统的最优聚焦评价函数。     

显微视觉系统对柱状微零件自动聚焦技术研究

针对显微视觉中的柱状物体图像的清晰度问题,提出了一种实时检测图像特征并跟踪特征区域进行自动聚焦的方法。该聚焦算法包括聚焦评价函数、聚焦搜索算法和聚焦区域选择。该聚焦搜索算法实现了显微视觉系统下快速准确的聚焦,克服了爬山搜索算法的缺点,有效避免搜索结果陷入局部极大值。显微视觉中对聚焦区域的选择尤为重要,以图像特征区域作为聚焦区域,实时检测该特征区域进行聚焦,实现了在景深小于柱状物体半径的情形下对柱状物体边缘的精确聚焦。粗聚焦后电机位置的标准差为205μm,精聚焦后电机位置的标准差为37μm。实验结果表明,该自动聚焦方法能够满足微装配系统对显微视觉的聚焦需求。     

自动换片细胞显微图像分析仪自动聚焦系统的研究

针对自主研发的可自动换片的显微图像分析仪(Auto-Slide ICM),研制了切实可行的自动聚焦系统。详细描述了细胞图像聚焦评价函数、空场判别函数和支持自动换片的聚焦搜索策略等关键技术。基于此聚焦系统,Auto-Slide ICM可以实现无人干预快速连续扫描20张载玻片,提高了ICM的自动化程度和工作效率。     

显微图像分析系统的自动扫描与自动聚焦

本文先由显微镜光学系统定出系统的扫描精度,接着由显微镜光学系统和摄像机光学系统的传递函数定出调焦精度,进而用同态滤波去除了待聚焦图像中的噪声,然后用最大熵法对模糊图像实现了快速准确的聚焦。     

测量用视觉传感器的自动聚焦

研究了一种新型测量用视觉传感器自动聚焦的实现,采用灰度变化率之和清晰度评价函数对被测物体进行大范围的粗聚焦,利用Roberts梯度函数实现在峰值附近的精确聚焦,并由计算机串口发控制命令驱动电机转动镜头至对焦清楚的位置。该系统具有简单实用、可靠等优点。仿真实验结果表明:自动聚焦的效果具有很好的准确度,能够满足系统的要求。     

岩石薄片显微图像的自动聚焦算法

岩石薄片显微图像在有较多的平坦背景区域且受到杂质和噪声干扰时,现有的聚焦算法极易出现自动聚焦失败。本文针对岩石薄片显微图像的相关特性,提出一种改进的Vollath函数清晰评价函数,该算法基于图像的互相关函数,可以有效抑制噪声、减少杂质干扰,再结合变步距渐进爬山算法实现岩石薄片显微图像的自动聚焦。大量实验表明,该算法基本可以满足实时性要求,并表现出卓越的单峰性和抗噪性,已在岩石薄片显微图像的自动聚集中进行实际应用。     

基于全自动控制显微镜的自动聚焦算法研究

图像自动聚焦评价函数的选择是垒自动控制显微镜无源方式自动聚焦系统的关键问露。对几种主要的图像聚焦评价函散(灰度方差算子、灰度梯度算子、能量谱方法等)进行了比较、研究，并在此基础上首次将改进的Laplacian算子作为聚焦评价函数引人自动聚焦之中,同时为了消除噪声的影响，引入了步长和阈值两个参数。实验结果表明，改进的LapIacian算子比其他评价函数更为准确、稳定和可靠，该算法已成功应用于显微镜自动词焦系统中。     

基于迭代的旋转视觉元件针脚位姿估计精度优化

高效率型插件机通过同步带拖动旋转轴,插件模块紧凑重量轻,但大角度转动时旋转角定位误差偏大,针对旋转角定位误差影响针脚位姿估计精度的问题,提出基于位置约束和迭代拟合的位姿估计精度优化方法;元件针脚的相对位置固定,因此旋转测量时所有针脚转过相同角度,且针脚轨迹为圆周,该方法根据这两种约束构造了圆轨迹拟合方程和旋转角拟合方程,通过迭代实施这两种拟合得到旋转角的精确估计值,从而实现了元件针脚位姿精密估计;为了验证本文方法的有效性,进行了理论分析和仿真,仿真结果表明该方法可抑制大角度转动时旋转角的定位误差的增大,在常用针脚元件及工作参数下,迭代仿真的位姿误差控制在±0.018mm之内,耗时低于65ms,精度和实时性均能满足异形插件机的实际需求。     

Recognition of quadratic surface of revolution using a robotic vision system

Reverse engineering using 3D scanners has been gaining increasing popularity. One challenging task that remains is to recognize the geometric feature from the cloud data scanned. In this study, a robotic vision system is used to recognize quadratic surfaces of revolution on an object.The top-view image of an object is used to detect the surface boundary by loop analysis technique. The boundary of a single surface is extracted according to the 2D loop of that surface. The robot then projects laser lines through the principal axes of the loop to get the sectional curves. The surface is recognized by a curve-fitting method based on the characteristics of these curves.This study provides a simple and faster method to detect the manufacture features on an object that contains quadratic surfaces. The data structure can be output in IGES format for re-design or rapid manufacture of the object.     

基于显微机器视觉的微纳米级构件的精密检测

随着微纳米技术的发展,大量精密微小型机电产品得到了广泛的应用。针对微机电产品中微纳米构件精密检测的技术需求,提出了一种万向体式显微镜与高分辨率CCD相机相结合的显微机器视觉测量系统。采用MATLAB软件对采集到的图像进行了图像预处理、阈值分割及数学形态学处理、边缘检测及提取等的分析与研究。并且测量了微小齿轮的齿根圆直径,对测量结果进行了分析。结果表明该测量系统的测量误差较小,测量精度高,满足对微纳米级构件的精密测量的要求。     

DSP体系结构下视觉监控优化方法研究

探讨了智能视觉监控算法在TI DSP平台上的移植方法。详细介绍了算法优化、CCS编译器优化、C代码优化、汇编指令优化及存储器配置优化等优化技术。通过具体的监控实例,在TMS320DM642平台上实现了多个运动目标的实时检测、跟踪算法,结果表明,对DSP进行优化之后其性能获得了指数级的增长。     

基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法

为解决判别式相关滤波(DCF)跟踪算法在跟踪目标旋转或非刚性形变时的模型漂移、尺度粗糙、跟踪失败问题,提出一种基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法(DWOP-EFO).首先,同时采用矩形框之间的重叠度和中心距离作为动态锚框质量评价的依据,能够缩小预测结果与目标区域之间的空间距离,缓解模型漂移问题;其次...     

Robocon2007移动机器人视觉系统

根据Robocon2007的比赛规则,设计出了一套适用于该比赛的机器视觉系统。系统基于通用PC机,利用一个通用摄像机采集彩色图像,系统构造简单且经济。视觉系统的软件实现了比赛场地导引线的分割、得分点的识别以及机器人与目标的相对定位等功能。在导引线分割中提出了双阈值p-tile自适应算法,提高了分割算法对环境光变化的适应性;得分点位的识别中设计了利用导引线交点与目标颜色相结合的综合定位策略,有效解决了目标点位与地面颜色近似,无法直接从单目图像识别的难题。在2007年度的Robocon比赛中,该机器视觉系统表现出了很强的环境适应性和较高的自定位精度,为国防科大队获得最佳策略奖奠定了基础。     

基于单目视觉的微型空中机器人自主悬停控制

针对微型空中机器人在室内环境下无法借助外部定位系统实现自主悬停的问题,提出一种基于单目视觉的自主悬停控制方法.采用一种四成分特征点描述符和一个多级筛选器进行特征点跟踪.根据单目视觉运动学估计机器人水平位置;根据低雷诺数下的空气阻力估计机器人飞行速度;结合位置和速度信息对机器人进行悬停控制.实验结果验证了该方法的有效性.     

一种立体视觉的摄像机标定参数遗传优化方法

首先利用线性模型构建线性方程,通过最小二乘法估算出摄像机的内、外参数,然后考虑到摄像机的畸变影响加入非线性畸变方程。利用遗传算法具有良好全局优化的特点,对摄像机参数进行优化,提高了摄像机标定的精度和可靠性。实验结果表明,该方法达到预期目的且具有很好的实用性。     

基于光电传感器的机器视觉系统

对光电传感器在视觉系统上的应用进行了研究。通过学习光电传感器的理论知识,利用其将可见光信号转化为电信号,便于人们识别的原理,在采摘果实机器人上做了研究。运用SolidWorks制图技术清晰呈现出光电传感器的光信号识别功能。本文通过软件模拟,描述光电传感器对果实成熟度的辨识,从而保证农产品的销售质量,大幅度提升采摘农产品时所消耗的人力物力财力。     

基于Q学习算法的X光主动视觉安检方法

针对主动视觉安检方法检测性能不高和检测速度慢的问题,基于Q学习（QL）算法提出了采用状态回溯的启发式Q学习（HASB-QL）算法进行最佳视角估计。该算法引入代价函数和启发函数,提高了学习效率,加快了Q学习收敛。首先,对通过安检扫描仪获取的X光图像进行单视角检测;然后,对姿势作出估计并通过在状态回溯过程中比较重复动作的选择策略获取最佳旋转角度,再次进行单视角检测,直到检测到危险品;此外,在检测过程中多于一个视角时,建立几何约束以消除误报。对GDXray数据集中的手枪和剃刀刀片的X光图像进行实验,实验结果表明,相比于以Q学习为基础的主动视觉算法,改进的主动视觉算法检测手枪所得精确率和召回率之间的加权平均值F₁值提高了9.60%,检测速度提高了12.45%;检测剃刀刀片所得的F₁值提高了2.51%,速度提高了17.39%。所提算法提高了危险品检测的性能和速度。