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.     

单目相机非合作目标提取及位姿检测

针对单一方法难以兼顾图像全局和局部信息准确提取现场环境下的非合作目标边缘的难点,融合聚类等多种算法,提出一种边缘提取新方法。首先,根据图像像素值聚类,每2类间通过阈值进行分割得到1张二值图像;接着将二值图像进行或操作合并。将图像取反后保留最大面积的连通域得到目标分割图片,并提取目标边缘。最后,根据Zernike矩进行亚像素边缘计算。该边缘提取新方法具有较强的适应性,在实际的环境下均可快速有效提取出目标边缘。实验中的非合作目标为设备的三个内孔,用上述方法提取亚像素边缘后拟合出圆心,并用圆心进行相对位姿测量。实验结果表明,该方法鲁棒性强、精度高,最大的位置偏差为0.12 mm,垂直光轴方向姿态角的测量精度可达0.02°,其他两个姿态角的测量精度可达0.07°和0.08°。     

基于聚焦深度法的刀具几何参数三维测量方法

刀具几何参数的精确测量是评估刀具性能的关键。针对复杂刀具几何参数难以测量的问题,基于聚焦深度法对其端面几何参数进行三维测量。首先,提出了一种适用于刀具端面序列图像的改进双阈值Tenengrad聚焦评价函数,通过局部像素分析确定了函数最佳计算窗口大小,在清晰度比率、陡峭度、清晰变化率、局部波动量评价指标下与常用聚焦函数进行了对比,验证了所提函数在计算刀具端面序列图像时更具有优势;其次,通过自适应sigmoid函数的图像增强算法实现了高对比度的刀具端面序列图像的获取,提升了三维测量效率,基于RANSCA算法对刀具后刀面点云表面进行平面拟合并提出了端面几何参数向量计算方法;最后,通过所构建的刀具测量系统对标准量块的阶梯深度进行了测量,误差为0.32%,并实现了刀具后刀面的三维形貌还原,进一步对主切削刃内、外刃顶角和直径参数进行测量。实验结果表明:顶角测量误差<0.3°,直径测量误差<3 μm,优于Tenengrad函数对应角度（<1.9°）及直径（<13 μm）测量结果,满足复杂刀具对角度（<0.5°）和直径（<10 μm）的测量精度要求。     

用于精密机械零件的混合角度静态测量方法与实验研究

利用现有的机器零件测量方法检测零件时存在一定的角度偏差,导致测量平均测量精度误差较大的问题,为此提出用于精密机械零件的混合角度静态测量方法.通过最小二乘支持向量机定位精密机械零件图像中存在的边缘亚像素,实现精密机械零件图像边缘的高精度检测,采用择优系数法提取精密机械零件的纹理角特征,根据提取的特征实现精密机械零件混合角度的静态测量.实验结果表明,所提方法的测量效率较高,平均测量角度误差均控制在0.03°以下.     

MEMS中一种改进的移动最小二乘曲面拟合亚像素位移测量算法

曲面拟合法求解亚像素位移是数字图像相关测量MEMS亚像素位移的主要方法之一,现在研究热点之一的移动最小二乘曲面拟合法有时可能会产生病态甚至奇异,影响位移的测量精度和稳定性。文章提出了一种改进的移动最小二乘曲面拟合算法。实验表明:与传统的拟合法相比,该拟合曲面更光滑、亚像素精度更高、稳定性更好、抗噪能力更强,能够有效应用到MEMS的位移测量中。     

深度约束的零件尺寸测量系统标定方法

针对大尺寸平面零件尺寸测量系统标定精度不高的问题,提出了一种基于深度信息的系统标定方法。首先利用圆形平面靶标,提出一种提取靶标图像特征点的新方法,采用自适应阈值的边缘检测和多项式拟合算法提取特征点亚像素轮廓,利用椭圆拟合得到中心坐标;然后根据带有畸变的非线性成像几何模型,采用最小二乘法计算摄像机参数的最优解,获得靶标的位姿;最后提出被测物表面与靶标平面之间的深度信息作为摄像机模型修正项,校正测量平面位姿,利用成像原理和直线与零件表面交点确定零件尺寸。设计了单目视觉尺寸测量系统并进行实验,结果表明:标定反投影误差小于0.02 pixel,在10.75 m2的视场内,系统测量精度达到了0.05 mm。     

基于压电陀螺的测斜仪硬件研究与设计

提出了基于压电陀螺的矿井测斜系统,以解决磁强计或传统测斜惯性仪表在小井径或套管井测量领域的受限性。介绍了陀螺测斜仪的系统集成方案,并采用TMS320F281X DSP实现了数据采集、数字滤波和实时解算。所设计的试验样机倾斜方向角测量范围0°~360°,误差在±0.2°以内,倾斜角测量范围0°~15°,误差在±0.04°以内,达到探矿用井的测量要求,并具有体积小,成本低,性能稳定的特点,具有完全实用的工程应用价值。     

基于像素分解的圆形标志点亚像素定位研究

影像中圆形标志点的定位对于数字摄影测量具有重要作用.通过对圆形标志点边缘处的混合像素进行亚像素定位,提取出标志点的亚像素级边缘,再基于最小二乘原理进行椭圆拟合得到圆形标志的中心坐标.运用三种实验表明,与直接采用像素级边缘进行拟合定位相比,该方法的精度明显提高.     

基于激光扫描的大尺寸圆锥体几何测量系统

针对大尺寸圆锥体工件的几何形貌,提出将三维激光扫描和虚拟环境引导定位结合的快速几何参数测量系统。该系统由两个固定的激光扫描仪高速获取工件两端上表面的关键轮廓,并依据端面特点构造垂直和水平的虚拟基准面,从而生成三维虚拟测量模型;通过高度特征变化识别端面端点位置,结合空间投影和最小二乘原理拟合出端面的圆心位置和直径大小;由空间圆心几何关系计算出锥体高和半角。利用该系统对几种典型的大尺寸圆锥体进行检测,得到端面直径和锥体高的检测分辨力为10μm,检测精度为100μm,锥体半角检测分辨力为0.001°,检测精度为0.010°。实际运行结果表明,该设计系统结合人机交互界面,能很好满足在线生产中对大尺寸锥体工件几何参数检测要求。     

光笔式视觉坐标测量中的亚像素图像处理方法

介绍了一种光笔式便携三坐标视觉测量系统,提出了被测特征点像面坐标的提取方法。依据数字图像处理理论并结合测量系统中被测特征点的成像特点,给出了图像预处理过程及实际处理结果;采用基于灰度质心法的径向截面扫描法对图像边缘进行亚像素级检测;应用平面内任意位置椭圆的最小二乘曲线拟合法对椭圆形光斑中心的像面坐标进行了提取,实验结果表明该方法的提取精度为0.1个像素。