基于OpenCV的圆心定位在地铁隧道变形监测中的应用

为了满足复杂背景下计算机视觉检测目标高定位精度和快速提取的要求,研究了应用于地铁隧道变形监测的圆心定位技术。以OpenCV为图像开发库,通过对采集的圆形标志光源图像设置感兴趣区域、双边滤波、图像增强、边缘检测、目标识别和圆心拟合处理,计算出目标几何中心坐标,从而实现目标定位。实验结果表明：在5m拍摄距离、标定值在10mm之内时,检测误差小于0．1mm。检测精度满足变形监测系统的单点测量精度要求。     

点阵测头成像视觉坐标测量系统的研究

柔性三维坐标测量在工业现场测量有较多应用.分析多目标点透视成像原理的基础上,提出了点阵测头成像视觉坐标测量的概念,给出系统完整的三种数学模型及求解方法.设计了一种实用测头,基于单台面阵CCD摄像机实现由三种类型测头组成的视觉测量样机.在距离摄像机1 000 mm,样机进行实际测量,并与三坐标测量机的检测结果进行比对.测试结果表明在摄像机成像面平行的两个方向的测量精度高于摄像机轴向测量精度.     

机器视觉标定中的亚像素中心定位算法

双目视觉检测系统中,圆形标志的中心定位精度直接影响标定的精度和整体测量的精度。传统算法定位精度较低,不能满足高精度测量的要求。采用Canny算子对标定板图像进行边缘检测,Zernike矩定位亚像素边缘,用最小二乘拟合标志中心。实验表明:该方法对圆形标志中心点提取精确且稳定,中心定位精度优于0.1个像素,系统测量平均误差小于0.02 mm,满足高精度视觉测量要求。     

基于激光三角法的同步扫描形貌测量传感器

为了克服传统的激光三角非同步物体形貌测量传感器,在深度方向的测量精度和横向测量视场相互制约的固有缺点,设计了一种新型的激光同步扫描物体形貌测量传感器.传感器以激光三角测量法为基本原理,通过所设计的光路系统,实现激光投射方向与相机成像方向的同步扫描.本文研制了基于高速旋转的十二面转镜和线阵CCD相机为主体的实验样机,实现了测量深度方向和横向视场的相互独立,并结合精密电控位移导轨和激光跟踪仪等搭建了实验系统平台.在传统非参数标定方法基础上,提出了一种适用于该传感器的映射标定方法,能够准确快速的标定该传感器.系统利用激光跟踪仪进行比对实验验证,结果表明:单点重复性小于0.07 mm,测量精度优于0.25 mm.测量传感器具有精度高、速率快、稳定性好等优点,对于物体表面形貌快速精密测量有着广泛的应用前景.     

边缘检测眼底图像屈光度测量的研究

为了解决人眼屈光度测量精度问题,提出了一套基于眼底视网膜图像处理的眼睛屈光度参数测量方法。该方法将从眼底视网膜上反射成像在CCD上的六点红外图像采集到计算机中处理。首先定位六点区域,然后利用边缘CANNY检测算子对六个区域分别图像去噪、平滑处理和边缘检测,最后再用最小二乘拟合的方法计算测量图像的中心,求出眼睛屈光度。实验用标准模拟眼进行了检测,并与二值化法进行了比较,精度明显提高。实验结果表明,该方法使测量精度能达到±0.25D,达到国家计量部门的要求。     

边缘识别的二维正交多项式拟合及结构变形检测

数字图像中边缘附近的灰度是沿边缘方向和跨边缘方向二维变化的,以前边缘识别的多项式拟合大多采用跨边缘方向的一维拟合。介绍一种采用二维正交多项式进行边缘识别的新方法,由于二维拟合更符合边缘附近小区域内像素灰度二维变化的实际,因此拟合结果优于一维拟合。在进行拟合时,利用正交多项式的正交性将优化方程对角化,避免求逆或解方程,没有多项式拟合优化方程的病态问题,采用高阶多项式拟合可以提高拟合精度。对生成图像的边缘识别结果表明,二维正交多项式拟合识别边缘的精度和稳定性较好。简支梁模型试验表明,采用正交多项式边缘拟合方法检测梁的静变形,图像变形检测精度在0.1像素之内,适当选择图像采集设备和采集范围,点检测精度与传统检测方法的精度相当,边缘检测属线状高密度检测,检测范围远大于传统方法。     

基于坐标变换的圆柱体点云数据拟合方法

为了解决工程测量中圆柱体点云数据的拟合问题,论文通过迭代逼近法求解圆柱体中轴线方向向量,再将点云数据按照中轴线方向进行坐标变换到与竖直方向平行,最后通过拟合平面圆形得到圆柱体的模型参数,将三维的非线性拟合问题转换为二维的线性拟合问题,降低了处理的复杂度,也避免了非线性最小二乘拟合过程中初值选取的问题,同时也能处理任意方向的圆柱体拟合问题.另外通过计算拟合中误差进行噪声点剔除处理,通过迭代拟合提高了圆柱体的拟合精度.实验结果表明该算法能够满足实际工程测量中圆柱体拟合的精度需求.     

提高机器人扫描加工系统加工精度的方法

将机器人三维扫描系统应用到工业加工中,建立了机器人在线测量加工系统.利用已知半径的标准球体作为参照工具,提出一种基于几何约束的非线性优化方法.在线精确地标定了便携式三维扫描系统和机器人的位姿关系,提高了测量精度.同时,提出一种使用虚拟刀具工具中心点和预补偿机器人系统误差的方法,提高了机器人的加工精度.对吉他的边缘进行扫描和加工的实验结果表明:该系统具有稳定、高精度、易于自动化等优点.     

沿梯度方向的改进一阶差分亚像素边缘检测法

提出了一种基于梯度方向的改进型一阶差分亚像素边缘检测方法。该方法的主要思想是,在曲线轮廓上,根据方位角对边缘像素点所在的小邻域沿梯度方向进行差分,再将修正值重投影至行列。理论上而言,该方法可弥补传统一阶差分法在曲线边缘处由于差分分布较平坦而导致精度较低的不足。理想图像的实验结果表明,该方法对半径测量、圆心定位的精度均小于0.05像素,这比采用其他亚像素法进行半径测量时可达到的精度有较大提高。     

激光三角法测距传感器的参数优化

为了使激光三角测距传感器适应漫反射较弱的光滑被测表面,提高测量精度,分析了工作角取值对漫反射光采集的影响,以及成像系统参考点处垂轴放大率与光学分辨率的关系,对传感器的结构参数进行了优化.实验结果表明:对于表面粗糙度Ra小于0.8μm的被测面,工作角取值不应大于40°以保证成像质量;在成像良好的情况下,参考点的垂轴放大率越大,系统测量精度越高,实验系统在60 mm工作距下测量误差小于5μm.     

视觉引导的搬运机器手位置测量研究

为提高工作效率,满足搬运机器手自动化抓取汽车保险杠的需要,研究了基于结构光视觉原理的保险杠抓取点位置测量方法。该方法通过对相机拍摄图像进行图像处理,识别出投射在保险杠平坦区域的激光光斑中心点;利用透视变换原理对获取的激光光斑图像进行矫正,最后结合像素标定结果计算得到汽车保险杠抓取点沿图像X轴方向偏移量和高度信息。现场实验结果表明：该测量方法稳定性能好,测量误差小于±3mm,可以实现对汽车保险杠的非接触测量,实时引导搬运机械手准确抓取汽车保险杠,给自动化行业提供一种简单准确的定位识别系统和方法。     

某反射镜组件的线性与非线性工程分析

对反射镜组件力学模型的非线性问题进行了分析.从接触特性,螺钉预紧力、相对滑动趋势三个方面对接触非线性问题进行了论述.对反射镜组件四种工况情况(沿光轴的不同方向的重力载荷、10℃温度水平的温升与温降)进行了线性和非线性求解计算的比较.结果表明,当外界载荷方向发生变化时,接触边界的接触特性、螺钉预紧力对反射镜面形的影响都会发生变化,这些变化在线性计算结果中不能体现,而非线性计算可以真实模拟这些状态.在反射镜组件的工程分析中基于接触非线性分析比线性分析的精度更高,也更接近真实的状态.     

空间轴对称目标三维姿态测量方法的研究

提出一种双目视觉测量空间轴对称目标姿态的新方法,应用线性方法获取轴对称目标在像面的轴线,通过两像面轴线与各自光心所成的平面相交,得到被测目标的轴线的方向矢量,进行三维姿态测量,避免了传统姿态测量中左右像面目标特征点的特征匹配或灰度匹配。模拟实验结果表明:该方法姿态角测量误差小于0.5°;且计算速度快,结果稳定,能够满足实时处理的要求。     

基于边缘特征的水下目标分类识别算法

在水下声纳图像目标检测与识别技术中,水雷等目标的识别问题是关键技术之一.基于形状相似度的概念,利用目标边缘轮廓特征,给出一种基于距离多集方法的水雷目标形状分类算法.首先对检测到的水雷目标阴影区域进行规格化处理,采用距离多集方法对常见水雷形状进行分类识别,提出了一种模板更新策略.通过对球形、圆柱形和圆台形三类目标的阴影区域进行仿真分类计算可知,该方法具有仿射不变性,分类准确率较高.     

A wide view auto‐stereoscopic 3D display with an eye‐tracking system for enhanced horizontal viewing position and viewing distance

This paper describes the development of auto‐stereoscopic three‐dimensional (3D) display with an eye‐tracking system for not only the X‐axis (right–left) and Y‐axis (up–down) plane directions but also the Z‐axis (forward–backward) direction. In the past, the eye‐tracking 3D system for the XY‐axes plane directions that we had developed had a narrow 3D viewing space in the Z‐axis direction because of occurrence of 3D crosstalk variation on screen. The 3D crosstalk variation on screen was occurred when the viewer's eye position moved back and forth along the Z‐axis direction. The reason was that the liquid crystal (LC) barrier pitch was fixed and the LC barrier was able to control the only barrier aperture position. To solve this problem, we developed the LC barrier that is able to control the barrier pitch as well as the barrier aperture position in real time, corresponding to the viewer's eye position. As a result, the 3D viewing space has achieved to expand up to 320–1016 mm from the display surface in the Z‐axis direction and within a range of ±267 mm in the X‐axis direction. In terms of the Y‐axis direction, the viewing space is not necessary to be considered, because of a stripe‐shaped parallax barrier.     

The algorithm of the cockshafer walk: a movement automaton applied to the construction of the integrated optical density profile of prometaphase chromosomes

We present an algorithm designed to obtain the optical density profile of prometaphase chromosomes. Our movement automation (the cockshafer) is able to move along the median axis of the chromosome. The criterion used to maintain the correct movement direction lies on the distances from the automaton position to the side boundaries (lengths of the cockshafer antennae). The automaton movements are regulated by rules defined in a decision repertory. This new method does not use a transformation of the image and does not require any prior knowledge of the shape of the chromosome to be sampled.     

一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法

针对现有水下探测方式精度不佳、标定误差较大、效率较低等不足,设计了一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法。首先利用交比不变原理求解特征点在世界坐标系下的相对位置,随后基于像面特征点的方向向量及特征点的位置信息求解其在相机坐标下的真实坐标值,利用多个特征点完成结构光平面的标定。通过目标物扫描实验验证了该方法的可行性及有效性。线结构光平面的标定仅需要对特制的简单结构立体靶标进行一次扫描即可完成,无需多次移动靶标,避免了人为误差的影响。在标定线结构光平面的同时可以同步完成位移平台各自由度的位移速度标定,有效降低了实验平台系统误差,在提升系统精度的同时也极大地提升了整个系统标定过程的效率,非常适用于大尺度线结构光系统在水下现场标定。经验证,扫描水下目标物所得3维点云坐标沿X、Y轴方向的误差均小于2%,沿Z轴方向的误差略大,平均误差2.77%。     

Defining the axis of a helix

A simple method for finding the axis of a helix is presented. Although described in terms of protein alpha helices, the method is generally applicable to helices whose defining units are more or less regularly spaced. Absolute mathematical regularity of the helical parameters is not required. The procedure can be applied at several levels of rigor. At its simplest it involves simple vector operations only and yields two points that define the axis along with the axis direction cosines. No regression analysis is needed. The minimum length helix required for the algorithm is four residues, which define an axis segment between residues 2 and 3. In its more rigorous form the algorithm scans along the chain one residue at a time, yielding a set of axis segments to which a linear least squares regression fits the axis. Non-linear, iterative procedures are not necessary. For each consecutive set of four residues the pitch, radius, rise per residue, rotation per residue about the axis and number of residues per turn are also obtained. Methods are also outlined for distinguishing between smoothly curved and sharply kinked helices and for extracting from these structures the radius of curvature and the location and angle of the kink.     

倾斜位置成像的轮对几何参数计算方法

基于光截图像的轮对几何参数在线检测中,由于检测环境的特殊性,面阵CCD摄像机的安装位置受到很大限制.提出一种依据摄像机沿倾斜角度采集轮对光截曲线图像进而计算轮对几何参数的检测新方法.利用摄像机在空间三个方向上的倾斜角度,计算出轮对几何参数关键点在图像中的位置,进而计算出轮对几何参数,最终完成了轮对轮缘高度和轮缘厚度的计算.设计了验证实验,实验结果表明:该方法检测精度可达+0.2 mm.