基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法

针对现有亚像素边缘定位算法存在精度不高、计算复杂的问题,提出一种基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法。根据单边阶跃状边缘特征,构建边缘法截线的高斯积分模型,在确定边缘过渡带的基础上,将拟合曲面区域内的像素点信息转化为边缘曲线的活动坐标,并对转化后的像素点坐标与灰度值按照高斯积分模型进行拟合,准确定位图像的亚像素边缘。采用所述视觉测量系统,用量块直线边缘进行实验,并与传统高斯曲面拟合亚像素边缘定位算法比较,证明基于高斯积分曲面拟合的亚像素边缘定位算法具有较高的定位精度,一等量块的直线度误差在1μm以内,计算速度提高一倍。采用该算法确定亚像素边缘时,可通过修正高斯积分模型的均值,有效补偿光源强度造成的误差。本算法可以应用于齿轮等高精度机械零件的测量。     

起重机轨道测量激光光斑中心识别与定位算法

在轨道测量装置中,激光光斑中心检测算法的精度和速度直接影响轨道测量效果,传统的中心算法如灰度质心法、Hough变换等在检测精度或速度上存在不足。文中提出了一种基于高斯积分曲线拟合的光斑中心定位算法,在光斑降噪、特征增强的图像预处理基础上,插值拟合光斑灰度曲面,进行边缘计算、追踪及细化,得到光斑的像素级边缘点,计算其法向等距线及高斯积分拟合点,并通过贝塞尔曲面拟合其对应灰度值,再采用高斯积分曲线拟合得到亚像素级边缘点,对亚像素边缘点进行圆拟合方法最终确定光斑中心点。与灰度质心法、Hough变换椭圆中心法相比,此算法的拟合精度较高,抗干扰性好,达到了实验室环境下轨道测量的精度要求。     

基于显微视觉的亚像素压电陶瓷驱动特性测量

为了得到纳米操作压电陶瓷驱动器高精度的驱动特性,提出一种基于显微视觉的亚像素位移测量方法。本文采用Harris角点初始定位,对标准的栅格图像序列进行角点匹配,获得模板匹配的初始区域。并提出了二元拉格朗日插值与二元非线性Newton-Raphson迭代算法的亚像素位移测量方法,能够在保证良好测量精度的同时有效地减少亚像素匹配中耗时的相关计算。最后使用改进的亚像素图像块匹配方法对实际的压电陶瓷驱动器的驱动特性进行了测量,并与真实结果和理论模型描述结果进行了对比。实验结果表明,该算法位移测量精度高、稳定性好,得到的压电陶瓷驱动特性曲线符合物理分析结果,能够满足高精度的微纳米测量要求。     

基于高斯曲面拟合的亚像素边缘检测算法

提出了一种基于高斯曲面拟合的亚像素边缘检测算法.该算法首先使用传统Canny算子进行边缘像素级的粗定位,再以粗定位边缘像素为中心取5x5窗口获取梯度幅值,对其进行高斯曲面拟合,在梯度方向上寻找局部极值点,从而达到边缘亚像素级的精细定位的效果.文中介绍了算法的理论依据,给出推导过程,并用螺旋测微器的标准间隙进行实例分析,...     

数字图像相关方法的亚像素算法性能研究

数字图像相关方法广泛应用于多种光测力学场景,具有全场非接触等优点。数字图像相关算法的性能对光测力系统的测量精度起着决定性作用,高解算精度和效率一直是数字图像相关算法设计努力的方向对现有亚像素算法的比较分析具有重要意义。在分析数字图像相关算法原理和4种常用亚像素算法的基础上,通过数值模拟的散斑图对4种亚像素算法的计算精度和计算效率进行了分析比较,并通过实际采集的散斑图对4种亚像素算法的性能进行了比较验证。结果显示,牛顿—拉普森迭代法的解算精度和稳定性最高,在仿真实验中的解算精度达到0.001 pixel,在实际平移实验中的解算精度达到0.04 pixel;同样条件下,基于相关系数的梯度法的计算效率最高。     

装配位姿视觉检测系统中红外靶点质心定位

结合装配位姿视觉检测系统的研发,为提高红外LED靶点质心亚像素定位精度与稳定性,对红外LED靶点图像的灰度分布模型进行了研究,提出了一种基于自由曲面拟合的质心定位算法以获取靶点图像的亚像素中心。根据靶点图像的灰度分布,该算法通过双三次样条插值生成靶点灰度分布曲面,利用拟牛顿法求取曲面顶点即靶点图像中心的亚像素坐标。实测实验显示该算法在图像噪声水平较低的高精度测量环境中,当靶点距离摄像机约5m和12m时,与高斯曲面拟合法和加权灰度重心法相比,该算法都能更准确地描述靶点的灰度分布,生成的灰度曲面更加接近靶点图像的真实分布,在高精度测量环境中具有更高的测量精度和稳定性。     

数字图像相关法在WC/Cu复合材料线膨胀系数测量中的应用

为了提高数字图像相关曲面拟合法在实际应用中的亚像素定位精度,对曲面拟合法进行了修正,并用修正后的曲面拟合法研究了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料线膨胀系数的影响.首先,分析了曲面相关拟合法在实际应用中的测量误差来源,并对其进行了修正.然后,用粉末冶金法制备出WC/Cu复合材料,对表面制备有耐高温散斑的试件进行热膨胀实验,并利用修正后的曲面拟合法测量了不同温度下WC/Cu复合材料的热变形场.最后,通过一元二次多项式拟合建立了WC/Cu复合材料热膨胀系数真值.结果表明:修正后的曲面拟合法有效地改善了传统方法的亚像素位移在0.5像素左右位移场不连续的问题,减小了亚像素定位误差,获得了更为准确的测量数据.     

截面数据的B样条曲面重建研究

针对截面数据 ,研究其B样条曲面重建问题。给定节点矢量、依据最小二乘方法生成初始拟合曲面 ;为了提高拟合精度 ,采用迭代最近点方法优化修正数据点的参数 ,进而生成符合精度要求的拟合曲面。实际算例表明该算法简单、实用、可靠     

基于变步长的亚像素级Hough变换在钢板影像识别检测中的应用

Hough变换可以使边界检测达到亚像素级别,但需要花费很多时间。本文提出一种具有指定精度且可变步长的迭代算法,在钢板影像识别检测中进行试验,结果表明:改变步长的亚像素探寻时间效率比整个行程内进行遍寻的亚像素探寻更高。     

亚像素精度的行星中心定位算法

为实现深空探测中对行星目标的光学自主导航,提出了亚像素精度的行星中心定位方法.首先,建立了导航相机和目标行星的坐标变换关系,结合光学成像理论分析了行星成像的边缘特性;提出使用行星图像有且仅有的一段半圆形边缘,通过圆拟合法实现行星的中心定位.然后,根据行星图像的边缘分布特征,改进了Canny算法以快速提取行星的真实边缘,并利用最大距离法提取半圆形边缘.最后,分析了传统高斯函数亚像素边缘检测算法的理论依据,基于成像理论提出了改进型高斯函数亚像素边缘检测算法,并通过圆拟合求得行星的亚像素中心.仿真和月亮实拍实验显示,改进型定位算法的精度达到了0.02和0.68 pixel,比传统插值算法约高0.03和0.21 pixel,在可靠性、定位精度、抗噪声等方面均满足深空探测的需要.     

面向机器人精密装配的高精度圆片位姿视觉检测

为了引导机器人精密装配过程的轴孔自动对中，提出一种高精度圆片位姿视觉检测算法。根据圆片的几何性质，对采集图像进行圆片轮廓提取、上表面轮廓椭圆检测和亚像素精度优化，从而获得能高精度拟合圆片上表面的轮廓椭圆方程。基于该椭圆方程，利用圆锥曲线透视投影原理建立了从2D椭圆到3D空间圆的位姿转换数学模型，可以根据圆片表面轮廓椭圆方程和圆片半径解算圆片上表面圆心坐标和圆片轴线方向向量，并提出两个轮廓点筛选准则以消除图像中部分非高斯噪声的干扰。针对位姿解算的二义性问题，提出一种利用圆片下表面圆心重投影的二义性消除方法，其优势在于无需增加环境约束。仿真分析和视觉检测实验结果表明，所提出算法鲁棒性好且检测精度达到：圆片上表面圆心的x,y轴位移检测精度0.01 mm，圆片轴线方向向量的角度检测精度0.7°。     

改进Zernike矩的运动靶标高精度定位算法

针对目前运动靶标中心定位检测精度低、实时性差的难题,提出一种改进Zernike矩的亚像素边缘定位算法.该算法将Zernike算法和迭代法相结合,首先采用传统的Zernike算法计算图像的阶跃灰度矩阵,在阶跃灰度矩阵的基础上采用迭代法计算得到最佳灰度阶跃阈值作为边缘判据;最后从矩模板和灰度边缘模型两个角度对误差进行了分析和补偿.以靶标中心定位为实验研究对象,采用改进Zernike矩算法对靶标进行亚像素边缘定位,然后利用最小二乘法拟合圆心坐标,最后通过坐标变换得到靶标的空间位置,测试结果表明:该算法能够准确对运动靶标中心进行定位,算法的检测精度优于传统算法,同时最佳阈值的自动选取相比于人工手动调试具有更高的效率.     

基于多峰拟合的直线电机动子位置精密测量方法

为满足直线电机动子位置的高精度测量要求,提出一种基于多峰拟合相位相关算法的直线电机动子位置精密测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像;采用相位相关算法得到相邻栅栏图像的相位相关函数;根据相位相关频谱的峰值分布特性,采用多峰拟合获得相邻栅栏图像的亚像素位移值;根据测量系统标定系数,进而获得直线电机动子位置的精确位置。实验结果表明,该亚像素测量方法用于直线电机动子位置检测能达到精密定位,测量精度为1/100 pixel,且具有较强的鲁棒性和较高的实时性。     

用于晶圆键合的对准标记定位算法

对准标记精确定位是晶圆键合精度实现的关键,为了提高对准标记定位算法的精度、实时性及适应性,提出了一种基于 边缘检测拟合定位的高精度对准标记定位算法。 该方法结合分级金字塔模型对对准标记进行逐级定位,获得像素级的目标区 域粗定位结果,根据目标区域粗定位结果,结合 Canny 检测器与改进的高斯拟合法,对对准标记的亚像素轮廓进行拟合,在此基 础上结合中心对称的对准标记特征,利用改进后的最小二乘法快速拟合对准标记的中心位置,实现对准标记的精确定位。 通过 实验验证了该方法的有效性,实验结果表明,提出的对准标记定位算法在快速定位目标区域的同时,可实现约 0. 06 μm 的重复 定位误差,满足了晶圆键合对准的精度、实时性和适应性的需求。     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法.按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散.高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位.在星像点噪声为N(0, 1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致.仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法.     

基于SVD的直线电机动子位置的高精度测量方法

针对直线电机动子位置测量的高精度和实时性要求,提出了一种基于奇异值分解(SVD)相位相关算法的高精度图像测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像,采用单行抽样栅栏条纹数据,再利用相位相关技术得到相邻栅栏图像的相位相关矩阵,进而利用SVD得到水平位移相位矢量。通过相位解缠算法和最小二乘法线性拟合得到二幅栅栏图像的亚像素位移量,将相邻栅栏条纹的像素位移值和动子实际位移进行标定,结果用于直线电机动子位置测量系统标定。并且进行傅里叶变换前采用Hanning窗抑制频谱泄露,提高匹配精度。实验结果表明,该直线电机动子位置的亚像素测量方法可以满足实时性和高精度测量要求。     

基于E-SPCM的直线电机动子位置高精度测量方法研究

针对直线电机动子位置测量,引入一种基于扩展采样相位相关法(E-SPCM)的亚像素位移图像检测方法,以提高测量精度和抗干扰性。首先建立了直线电机位置检测系统,通过高速相机实时采集条纹图像序列;其次对条纹图像进行边缘特征提取,利用相位相关得到相邻条纹图像的互功率谱,即动子位置的整像素位移;进而对整像素邻域的互功率谱进行上采样相位相关计算,实现高精度的亚像素位移测量,进一步由系统标定得到实际位移值。对比传统相位相关算法,所采用的方法能够提高测量精度且有很好的噪声抑制性能,最后搭建了实验检测平台,验证了算法的有效性。     

基于亚像素边缘的椭圆中心检测方法研究

在椭圆边缘粗定位的基础上,根据椭圆粗定位信息及图像边缘梯度方向附近点的灰度分布特征,进行高斯拟合获取精确的亚像素边缘点,对亚像素边缘点进行最小二乘拟合,得到精确的椭圆中心位置。实验证明,该算法对椭圆中心定位精度和稳定性有较大提高,并有很好的实时性。     

保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法

针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型,提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域,通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作,构造初始拟合曲面;在非裁剪区域,在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界,用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程,直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中,通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法;利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型,补充约束条件,提高拟合曲面的光顺性;借助拟合曲面补充边界约束条件,结合网格点插值和形状保持约束,改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。