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...     

基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取方法

针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统 中光斑图像中心提取的问题,在分析用 于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高 斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相 关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进 型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过 本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法 对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提 取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表 面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度 测量系统的光斑提取。     

高分七号卫星激光测高仪光斑质心位置变化分析

高分七号卫星搭载了我国首个具备全波形记录能力的对地观测激光测高仪,可以大范围地获取高精度三维坐标,其定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度.针对数据特点,提出了一种阈值约束的椭圆拟合光斑质心提取算法,并建立了长周期指向角稳定性监测与分析系统.首先,用阈值法确定激光光斑轮廓的边缘;其次,通过腐蚀操作消除孔隙、噪声的影响;然后,通过椭圆拟合进一步约束激光光斑的形状,保留光斑的特征参数;最后,通过灰度重心法提取质心坐标.实验结果表明:光斑的质心位置在1.4 pixel内变化,对应的指向角度每月在0.434"内变化,较为稳定.文中相关算法、结论对我国后续激光测高卫星研制、指向稳度监测具有一定的借鉴意义.     

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。     

高斯匹配模型在光轴对准中的新应用

为了降低大气湍流和背景光对信标光的干扰,减小湍流对光轴对准精度的影响,在分析高斯光束模型的基础上对光轴对准算法进行了研究.首先分析背景光模型,根据其图像模型动态滤除背景噪声,然后根据光束能量分布做横向与纵向的数学统计.采用贝叶斯判别方法对光斑区域进行判决,进而实现大视场范围内激光光轴的空间滤波,最后在遵循最小二乘原则的前提下进行高斯拟合,获得光斑图像拟合曲线,进而根据每一帧图像的动态曲线完成高斯质心的提取,进一步提高光轴检测精度.通过6.5 km的野外实验证实高斯拟合算法得到的光斑图像精度为18 μrad,比相同条件下的传统质心拟合精度高出约12 μrad.     

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。     

基于改进高斯拟合的红外相机视角下标识点中心定位方法

针对红外相机视角下标识点中心提取问题,在分析其图像特征的基础上,提出一种粗细结合的分割及高斯拟合的方法以实现对标识点中心的定位。首先根据图像中标识点的灰度差异,对其进行ROI粗定位,去除背景反光对其分割的影响。随后对目标图像采用K均值聚类算法,实现目标分割。最后,通过剔除中心冗余信息的改进高斯拟合提取方法,得到标识点光斑中心坐标。实验结果表明,相较于灰度质心法、Hough变换法和圆拟合法,本方法对其中心提取稳定性误差均小于0.1像素,具有高重复性和稳定性精度。即使目标产生不同程度遮挡时仍具有较高精度,适合于红外相机视角下定位系统的标识点中心提取。     

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。     

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。     

基于三维反正切函数拟合的光斑质心提取算法

在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里,光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理,提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数,通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代,然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析,对比了文中算法与传统算法的优劣,进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明:基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素;此时角度传感器的测角精度为0.172 3,优于传感器技术要求的0.25。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法,实验结果稳定可靠,满足角度传感器使用要求。     

视觉测量红外光点图像中心精确提取

提出了一种视觉测量中的红外光点图像中心提取方法。首先,使用一组阈值平面与红外光点灰度能量分布相交确定光点能量等高线,得到各等高轮廓点和阈值平面截得的能量包络。然后,利用最小二乘椭圆拟合等高线上轮廓点的椭圆中心,并计算阈值平面所截得的能量包络的质心,以椭圆中心和包络质心的黄金分割点作为等高层面上的光点中心。最后,利用各等高层面光点的中心获得红外光点图像中心的精确位置。试验验证结果表明,算法对红外光点图像中心提取可取得较高精度。目前,方法已在面阵静态红外地球敏感器标定中得到应用。     

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。     

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。     

高重频激光瞄准系统精度测试方法研究

为满足对激光瞄准系统瞄准精度的测量要求,设计了一套激光瞄准偏差测试系统。该系统定标方法简单,靶标与拍摄系统相对位置固定,能够作为移动靶标测试激光跟瞄移动物体的瞄准精度。该系统能够跟踪高帧频的激光脉冲。通过对激光脉冲能量分布图像的分析确定了图像处理和灰度加权重心法相结合的光斑中心提取算法,提高了系统测试精度。并使用双光楔法对该系统进行了测试,实验结果表明系统对激光光斑中心的定位精度高于0.2 mm。该方法具有较高的工程应用价值。     

结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

为实现大型航空零件三维测量过程中激光光条的快速高精度提取,提出了一种结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法。首先,根据序列图像的结构不变性将高分辨率图像压缩为低分辨图像。接着,通过二次拟合求解低分辨率图像中激光光条中心的法线斜率。然后,将低分辨图像求得的法线斜率还原到高分辨激光光条图像中。进而通过灰度重心判断准则,快速计算激光光条的亚像素中心。最后,采用所提出的方法分别在实验室和大型航空零件装配测试台上进行了复合材料标准样件和复杂零件的三维形貌测量。实验结果表明:该方法的单激光光条重建误差为0.269 mm,三维形面的重建误差为0.268 mm。该方法可有效提高工程零件快速测量过程中激光光条提取精度,满足大型航空零件现场测量的工程要求。     

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。     

3阶色散对相位整形不归零码传输性能的影响

为了研究3阶色散对相位整形不归零(phase-shaped nonreturn-to-zero,PSNRZ)码传输性能的影响,通过仿真对带有初始啁啾的高斯脉冲受3阶色散影响的情况进行了研究。研究发现,初始啁啾的存在会严重加剧3阶色散对波形演化的影响。而通过对PSNRZ码传输性能的仿真进一步发现,与3阶色散补偿后相比,未补偿时的传输距离受到很大限制,当链路残余色散低于20ps/nm时,最大传输距离减小超过500km。结果表明,当采用PSNRZ码通信时,必须对3阶色散进行补偿。     

基于能量分布的星点提取方法

为提高星图预处理中质心提取的精度和实时性,提出了一种基于星点能量分布的星点提取方法.该方法将星点的能量分布概括为如下三个特点：一是当σ＜0.671时,星点的能量主要集中在其中心3×3像元的区域内;二是星点中心灰度最大;三是星点中心周围8个像元的灰度值大于平均灰度值.依据后两个特点可以确定星点中心像元,然后根据第一个特点就可以用传统的质心算法对星点中心3×3区域进行质心提取.仿真结果表明,该方法能够实时有效地进行星点提取,且实时性优于连通域法,在星等小于5时质心提取精度也要优于连通域法.