激光光斑中心圆拟合定位算法的FPGA实现

针对双目立体视觉测距系统的实时性要求,提出了一种改进的激光光斑中心定位算法,并在FPGA上进行了验证.该算法首先对图像进行阈值判定排除干扰光线,然后用Sobel算子对图像进行边缘检测得到边缘图像,最后再利用改进的圆心拟合算法进行中心定位.基于FPGA的硬件系统利用合理的流水线设计提高了数据处理的并行性,可以实时处理大量的数据,克服了传统算法在精度和速度上的不足.中心定位算法结果用于立体匹配,效果良好,完全满足设计需要.     

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

为了提高四象限探测器在FPGA中实时激光光斑位置测量的精度,提出了一种基于高斯分布的光斑中心定位算法。首先,四象限探测器光敏面上分布的激光光斑采用高斯分布模型等效。结合探测器的工作原理,合理设置高斯积分区间,计算出呈高斯分布的光斑在探测器各象限内的光能量,从而对应各象限输出的光电流,得到包含光斑位置信息的正态分布关系式。再通过标准正态分布表查询快速求解出光斑中心位置,将算法在硬件上实时地实现。最后,分别对基于高斯分布的定位算法和基于圆模型的传统算法进行仿真与实验验证。结果表明,基于高斯分布的定位算法的测量精度相较于传统算法提高了43.8%。由此证明基于高斯分布的定位算法能有效提高激光光斑中心位置测量精度。     

基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法

热物理激光光斑位置定位能够提高测量精度，设计一个基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法。分析激光图像的高斯分布情况，采用高斯函数描述脉冲激光，判定激光光斑空间分布形式，选择一个合适的阈值，对误差补偿，对光斑边缘检测，采用最小二乘圆的拟合准则对圆心拟合，采用圆来逼近激光光斑的轮廓，确定圆的中心点，实现基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位。实验结果表明，在主观分析与客观分析上，所提出的定位方法偏差都较小，能够准确获得激光光斑的中心位置，并且，在不同信噪比下，所提出的定位方法定位误差都较小，满足方法的设计需求。     

激光焊接熔池图像光斑中心线性定位算法

针对目前算法对激光焊接熔池图像进行光斑中心定位时,由于未能对图像信息进行有效地干扰抑制,导致该算法在中心定位过程中,存在定位精度低、定位效果差以及定位性能低的问题,提出激光焊接熔池图像光斑中心线性定位算法。该算法首先对激光熔池图像进行去噪、干扰抑制、信息增强等处理,并依据处理结果提取图像特征;再使用Hough变换方法对图像特征参数进行变换,完成激光光斑中心信息的提取;最后通过提取的信息,实现激光光斑中心的线性定位。试验结果表明,运用该算法进行光斑中心定位时,定位精度高、定位效果好以及定位性能强。     

激光制导武器目标光斑检测系统设计与实现

为了实现激光制导武器目标光斑检测系统对远距离的来袭激光光斑的捕获与定位,采用机器视觉检测技术设计并实现全数字化、实时、高精度的激光检测系统。系统针对CMOS探测器采集到的激光光斑图像,采用硬件实现改进的快速二维中值滤波算法进行图像滤波处理,最大类间方差算法进行灰度图像阈值分割,灰度重心法进行中心提取,实现了精确中心定位。实验验证和误差分析表明,该系统具有很强的抗干扰性及精确的坐标定位,坐标误差在1mm以内。     

激光光斑中心位置的亚像素定位技术研究

激光光斑中心位置的确定是墩顶位移测量系统中进行位移量计算的关键与核心,能否准确定位光斑中心直接关系到计算的准确程度。利用MATLAB对由墩顶位移测量系统采集到的激光光斑图像采用噪声消除和中值滤波进行图像平滑处理,提高目标与背景的区分度,为提取目标创造条件。其次,利用Canny算子对图像进行分割,以便从复杂背景中提取目标图像。最后,根据所提取的目标利用亚像素细分算法中的灰度重心算法求出激光光斑的中心坐标,为实现墩顶位移的精密测量提供了关键数据。     

点结构光动态姿态角测量系统

设计出一个基于机器视觉中点结构光测量原理和以CMOS图像传感器局部感兴趣窗口(ROI)功能为基础的动态姿态角测量系统.介绍了系统测量原理、系统总体设计、以及软硬件算法的设计及实现.该系统硬件平台包括点结构光光源和姿态敏感器,实现了CMOS图像传感器的ROI功能,大大减少了图像数据量,提高了帧频.同时,采用FPGA实现了并行流水的图像预处理.基于序贯四连通域算法和一阶矩计算的实时光斑质心定位,将硬件处理结果实时传输给软件算法进行数据再处理,减少了软硬件平台间交互的数据量,提高了系统测量速度.软件平台实现了系统的标定和测试,并给出了结果.实验结果表明:该测量系统测量范围大,测角速度快,较好地实现了非接触式的动态测量.     

基于Fisher准则的Otsu法在光斑中心定位中的应用

激光光斑中心检测广泛应用于基于视觉的形变量测系统中,故其检测算法的优劣直接影响系统量测精度。现有的光斑定位算法存在定位精度低,抗干扰能力差等问题,为了实现光斑的高精度定位,提出一种改进的激光光斑中心定位算法。该方法通过将Fisher准则函数应用于Otsu法对光斑图像进行阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。实验表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心定位误差降低了40 %以上。     

基于亚像素定位技术的激光光斑中心位置测量

传统亚像素定位算法过程中存在着抗干扰能力弱、定位精确度差、软件实现难度大等问题。为了解决这些问题,提高激光光斑中心定位精度,采用曲线拟合算法,结合小尺寸光斑中心的高精度定位测量法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方法可将质心提取误差控制在0.1pixel内,与传统算法相比,其误差更小。该图像质心测量方法有效地降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能。     

基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明,在辐照时间不同的条件下,该算法定位精度达到0.761μm,比灰度重心法提高51.3%,比最大行列灰度值法提高93.9%;在激光功率不同条件下,该算法的定位精度达到0.793μm,比灰度重心法提高73.4%,比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。     

一种改进的激光光斑中心亚像素定位方法

为了满足平台漂移测量系统中平台漂移角速度高精度测量的要求,基于傅里叶级数,提出了一种改进的激光光斑中心高斯拟合定位方法。该方法在简化高斯拟合模型的同时保证了相对较高的激光光斑中心定位精度。结果表明,改进的高斯定位算法中心定位精度为0.01pixel,明显优于传统质心法和带阈值质心法的0.1pixel。改进后的算法具有较好的算法稳定性。     

基于FPGA的红外光斑中心实时检测

红外光斑中心检测在红外自动验光仪、红外测距仪等光学测量和检测仪器中是一项关键技术,检测算法的精度、速度直接影响光学测量的精度及速度。目前的检测处理系统多是基于PC机的,存在着实时性、稳定性问题。在总结各种检测算法的基础上,基于重心法使用FPGA实现了低信噪比红外光斑中心的实时检测。在实验电路中,先使用视频解码芯片SAA7113将模拟CCD视频信号转化为CCIR656格式数字信号;再在FPGA内部使用流水线结构进行直方图计算,计算阈值,二值化图像,五次二值图像收缩,五次二值图像膨胀处理以去除噪声,然后计算重心坐标。实验电路对红外自动验光仪中产生的视网膜反射红外光斑PAL制式视频图像信号能在1／25s完成一幅图像的检测。而普通PC完成同一过程需要1S左右。文章介绍了基于FPGA实现方案。     

基于改进圆拟合算法的激光光斑中心检测

主要运用图像处理的方法来检测激光器输出光斑的中心位置,在圆拟合基础上改进了算法,加入了采集处理,去噪滤波,以及多次迭代等处理方法,提高了检测光斑中心位置的精确度,同时预处理和去噪滤波有效地减少了测量时的白噪声以及椒盐噪声的干扰,增强了抗干扰能力。     

基于FPGA的Bayer到RGB图像格式转换设计

利用FPGA处理数据量大、处理速度快,结合CMOS图像传感器MT9M001和BayerCFA格式图像的特点,设计一种基于FPGA的图像数据转换处理系统,提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案,研究CFA图像插值算法,实现基于FPGA的实时线性插值算法,对Bayer图像格式进行插值恢复全彩色图像,实现从黑白图像还原高清彩色图像。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理,占用系统资源很少,用较少的时间完成了图像数据的转换,提高了效率。     

激光光斑的图像处理及边缘检测的改进

为了更精准地检测激光光斑中心位置与半径,用Matlab对采集到的激光光斑图像进行仿真对比实验,根据每一步图像处理结果分析,选出最理想的方案进行图像后续处理。最后根据光斑边缘检测的效果,用LabVIEW做出曲线拟合与图像边界的认定,解决了圆拟合算法对二值化后的光斑图像边缘认定不准,半径计算不够精确等关键问题。实验结果表明改进后的中心定位法,切实可行,对激光发射机光斑半径及其他参数的检测提供了一种更为精确的手段。     

高速弹丸位置坐标自动测量系统设计

为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标,设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡,采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统。该系统可以设置相机面阵和线阵工作,使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶,提高系统自动化程度。设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法,保证高速图像的实时记录和回放。利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性。实验结果表明,本系统能够自动完成测量前的准备工作,高速弹丸的捕获概率超过99%,以中心点为原点的200mm直径范围内的测量精度优于1mm。本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求,具有捕获率高、精度高、实时性好等特点,有很高的实用价值。     

基于SOPC可重构的图像采集与处理系统设计

针对目前PC算法无法实现图像实时处理以及固定硬件平台很难实现算法修改或者升级的问题,设计一种基于SOPC可重构的图像采集与处理系统,实现了图像数据的片上实时处理以及在不改变硬件电路结构而完成算法修改或者升级的功能。此系统围绕两块Xilinx FPGA芯片进行设计,通过FPGA以及其Microblaze 32 bit软核处理器和相关接口模块实现硬件电路设计,结合FPGA开发环境ISE工具和EDK工具协作完成软件设计。由于采用SOPC技术和可重构技术,此设计具有设计灵活、处理速度快和算法可灵活升级等特点。