浮标式油膜厚度测量传感器的研制

针对海面溢油油膜厚度的测量,基于垂直入射式差分激光三角法原理,研制了可机载投放的浮标式油膜厚度测量传感器。介绍了传感器的组成和原理,给出了系统集成与调试过程,以0级陶瓷量块为标准厚度,采用最小二乘拟合高次曲线的方法对传感器进行了标定。选用1.4~9.4mm量块对传感器进行了精度测量,测量相对误差小于1%。     

海水折射率对差分激光三角法油膜厚度测量精度的影响

针对海水折射率变化引起差分激光三角法溢油油膜厚度测量系统结果误差增大的问题,理论分析了海水折射率变化对厚度测量值的影响机理,研究了折射率变化与测量结果误差大小的关系。提出了基于二维曲面拟合的误差补偿方法。该方法通过采集不同厚度、不同折射率下的厚度测量值,利用二次多项式曲面拟合建立测量误差、厚度测量值和折射率之间的函数关系,根据测量值和折射率值,就可得到误差补偿值,进而实现对测量结果的补偿。通过对不同折射率、不同厚度陶瓷量块的补偿实验,结果表明补偿后的厚度测量值更接近真值,测量结果的误差显著降低。     

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 m内。     

玻璃测厚系统中激光双光斑中心定位方法

双激光光斑中心定位是利用半导体激光和CCD组成的玻璃厚度测量系统中的重要步骤。双光斑中心测量中由于光斑之间相互干扰,易导致光斑分布不均匀和杂散斑干扰严重等问题。传统的定位算法应用在玻璃测厚系统中均存在精度较低、抗干扰能力差等缺点。提出一种基于高斯拟合法的改进算法。首先采用二维零均值高斯函数进行平滑滤波;然后利用高斯拟合法对光斑进行拟合,以获得表征光斑理想光强分布的高斯函数;最后根据理想光强分布将杂散斑滤除后再进行高斯拟合求得光斑中心坐标。仿真实验结果表明此方法可以提高中心定位的精确度和抗干扰能力,使定位误差小于0.1个像素。     

一种基于高斯拟合法的激光光束中心提取方法

在激光辅助的视觉测量系统中,高斯拟合法的拟合数据选取影响激光光束中心提取精度。针对不均匀光照下激光图像难以确定高斯拟合数据数量的问题,文中提出一种基于随机抽样一致性算法的自适应高斯拟合方法。根据激光图像背景区域灰度分布的变化特性,采用随机抽样一致性算法估计背景区域灰度分布模型;将该模型的局外点作为拟合数据,从而利用高斯拟合法获得激光光束中心点的亚像素坐标。实验结果表明,该方法选取激光图像的高斯拟合数据平均拟合系数达到0.934,与固定拟合数据长度的高斯拟合法相比,提高了激光中心提取精度。     

在多束激光混合分布下其图像定位各光斑质心位置的方法研究

激光光斑图像的质心提取是探测器确定激光方位的重要环节,对于获取激光方位角有重要的意义.传统上的灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法三种激光光斑质心的提取方法都无法解决激光光斑图像上出现多个激光时其各个质心的提取问题.基于此缺点本文提出一种基于EM算法,求解二维图像中多个混合高斯分布中分辨质心分布的方法.采用CCD(Ch...     

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。     

远距离激光光斑位置高精度测量方法

为了提高激光光斑位置测量精度,考虑影响光斑测量精度的因素,并对若干关键技术进行研究。为了抑制由于气溶胶散射导致的激光后向散射,研究距离选通技术,提出一种基于四象限探测器的异步距离选通技术;为了削弱大气湍流的随机扰动对激光光斑成像的影响,提出一种改进的盲解卷积事后复原方法,并从数学上证明了该方法的收敛性;为了消除多传感器采集图像之间的差异,提出一种基于目标区域的图像配准算法;还原光斑图像并利用高斯曲面拟合法提取激光光斑的位置信息。实验结果表明,提取到的激光光斑位置精度不大于0.3pixel。     

激光基准成像测量光斑图像的亚像素检测算法

在激光基准下基于CCD成像身管轴线直线度测量系统中,对激光光斑图像的高精度检测和定位是影响系统测量精度的一个重要因素.为了提高激光光斑图像的检测和定位精度,提出了一种Sobel-Guass拟合算子的激光光斑亚像素边缘检测方法,同时结合最小二乘迭代圆拟合法设计了光斑中心的高精度定位.即:首先用Sobel算子细化边缘,进而在梯度方向上进行高斯函数拟合插值,进一步提高图像边缘位置的检测精度,最后经最小二乘圆迭代拟合后得到激光光斑的亚像素级几何参数,从而使测量系统的精度提高一个数量级.实验结果表明:像素细分后对像素点的定位精度可以达到0.1个像素,亚像素边缘对标志中心的定位精度优于0.03像素.     

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。     

一种改进的高斯拟合法在光带中心提取中的应用

由于投射到物体表面的激光条纹因被调制在条纹不同位置处其宽度也各不相同。因此不能确定合适的拟合数据使得高斯拟合法的提取精度较低。针对此情况,提出了改进的高斯拟合法来进行激光条纹中心线提取,当激光条纹宽度发生变化时,通过边缘增强,图像分割,去噪处理后获得合适的拟合数据长度。实验结果表明:这种改进的高斯分布的曲线拟合算法在测量中更具有可行性,且提取精度得到提高,更适合于光条中心线提取。     

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。     

基于圆拟合的非完整圆激光光斑中心检测算法

为了确定非均匀、非完整圆小孔激光光斑的精确中心,提出一种基于圆拟合的非完整圆小孔激光光斑中心检测新方法.该方法通过灰度形态学算法对激光光斑进行阈值分割,从水平和垂直两个方向检测粗略的激光光斑边缘,利用边界生长法消除比较短的圆弧和孤立的边缘点,通过反复迭代拟合获得最佳的圆轮廓并拟合出最终的标准圆.实验结果表明本方法精度明显优于传统的大型激光装置自动准直系统中的重心法,完全满足了该系统中对于非均匀、非完整圆小孔激光光斑中心求取的精度要求.     

基于多元正态分布的飞秒激光烧蚀光斑质心提取

飞秒激光在加工单晶硅过程中伴随着等离子体衍生发光现象,并以激光光斑形式表现出来,激光烧蚀效果受激光脉冲能量、光学设置、材料特性、环境参数等因素的影响,参数的选择是实现理想加工的关键,由此引入光斑质心的提取,研究光斑的变化规律以提高加工精度的目的。常用的质心提取算法有灰度质心法、高斯曲面拟合法等,但由于受到噪声的影响,光斑的灰度峰值可能发生偏差,提取的质心同真实质心相比误差较大,由此引入多元正态分布,在多个方向拟合高斯曲面,通过极大似然法估计质心,在精度方面得到了很大的改善。     

基于密度聚类的光条中心线提取方法

为了解决线结构光3维测量中噪声光斑对提取精度的影响，采用了密度聚类灰度重心提取算法提取激光光条中心线。该方法由中心线预提取以及中心线最终提取两阶段组成，预提取阶段实现对激光与光斑两者中心线的同时提取，最终提取阶段采用基于连通性的密度聚类算法完整保留激光中心线并剔除噪声光斑。在仿真实验阶段，对大小为600pixel×600pixel、含有激光中心线的图像进行了加噪处理，并使用提取结果与真实中心线之间各点的均方根误差以及运行时间作为考察标准进行了实验研究。结果表明，该方法与传统灰度重心法相比，在高亮度各向异性光斑、高亮度小面积光斑、高亮度点噪声图像的均方根误差分别降低了12.59pixel，15.12pixel和83.36pixel，时间复杂度分别提高了0.383s, 0.412s和0.416s。该方法与传统灰度重心法相比具有更高的提取精度、近似的时间复杂度，且对噪声光斑具有较好鲁棒性，可以在噪声光斑图像中完整提取出光条中心线。     

空间目标激光回波光斑中心位置推算及分析

针对空间目标激光回波信号测量需求,本文从速差效应入手,以激光跟踪测量设备的回转中心为坐标原点,建立了垂线测量坐标系,推算出了激光回波光斑中心位置坐标公式,给出了激光回波光斑中心位置的计算方法,并进行了实例计算及计算结果分析。该组公式及计算方法可用于激光回波位置预估、激光跟瞄能力评价等方面。     

激光三角法位移测量中数字散斑相关法的研究

在三角法位移测量中散斑是一种噪声,当成像光斑过弱而湮没于散斑中时,抑制散斑已没有意义;但散斑同样是位移信息的载体。为此针对激光三角法位移测量系统,研究数字散斑相关法;对强散射、粗糙界面的位移进行了实测,且进行了数据分析。结果表明,在激光三角法位移测量中运用数字散斑相关法对强散射、粗糙界面进行位移测量是可行的,测量范围可达微米级,测量误差小于2%。此法可改善三角法位移测量系统在强散射、粗糙界面的情形下传统测量方法的缺陷,有效提高了测量精度,并扩展了激光三角法位移测量的实用范围。