基于视觉反馈的芯片高精定位系统标定算法研究

在LED芯片的制造过程中,检测和分拣都需要对芯片进行定位,定位的精度和速度也直接影响了LED芯片的生产质量和效率。为满足LED芯片定位系统的精度要求,提出了一种改进的标定算法。首先分析误差来源,确定主要误差来源于安装角度偏差,然后通过误差分析结果提出了改进的标定算法来补偿安装误差,相较于传统标定算法的矩阵求解,线性运算降低了标定时间。实验结果表明,改进的标定算法能有效提高芯片的定位精度,同时有较高的鲁棒性。     

4英寸芯片机器视觉高精度定位系统的开发

4英寸半导体芯片定位是进行芯片外观检测、芯片绑定、芯片管脚是否达到要求,能否成功生产出合格计算器、电子表的关键一环。针对这一问题,首先根据定位系统的结构原理,对4英寸半导体芯片高精度定位系统进行了方案设计并构建出其硬件结构。其次分析研究了定位系统的视觉部分,并运用图像处理中的模板匹配等算法,解决了4英寸半导体芯片在绑定时的图像识别与定位问题。然后对定位系统的运动控制机构平台部分进行研制,通过独立的运动控制器发脉冲操作驱动器控制步进电机带动同步带运动,并采用视觉大闭环进行位置反馈,从而实现滑台伺服系统X轴、Y轴、Z轴和θ角等方向上的精确定位。最后对定位系统的视觉软件、运动控制软件等部分进行设计,其中视觉软件采用VC6.0开发操作界面、图像处理软件Hexsight进行识别和定位,运动控制软件进行滑台的运动控制,从而获得4英寸半导体芯片在栅格盒上的精确位置。分别采用机器视觉、滑台伺服控制和高精度图像模板匹配技术,研制出4英寸半导体芯片高精度定位的自动化检测系统。实验测试结果表明,其图像定位精度误差小于6μm,滑台重复定位精度误差18μm,整体定位系统定位精度小于13μm,定位速度平均为6.4粒/秒4英寸半导体芯片。因此,不但能够满足定位系统的科研需求,也能推广应用到生产中去,为芯片级高精度定位系统开辟了新的方法。     

LED芯片粗精定位系统

LED芯片定位是进行芯片检测、划片、扩晶、固晶及判断芯片电气特性、芯片管脚是否达到要求，能否成功分选LED芯片质量的关键一环。针对这一问题，提出了采用先粗后精的定位方法。首先运用低倍率大视野进行LED芯片的模板匹配粗定位；然后在粗定位生成坐标的基础上，在其坐标的八领域内进行高倍率小视野模板匹配的高精度定位，这样既实现了定位的快速性也解决了定位的准确性。实验结果表明，其图像定位误差小于1 m，滑台定位误差4 m，LED芯片粗精定位系统的定位误差小于5 m，定位速度大于5粒/s，为检测机、分拣机、固晶机等设备的芯片级高精度定位系统开辟了新的方法。     

捷联惯导系统任意方位两位置的对准模式

为了实现快速精确对准,研究了绕任意轴捷联惯导系统（SINS）的两位置对准问题。首先建立了一种基于李雅普诺夫变换的SINS等价误差模型。应用该模型,对SINS分别绕方位轴、俯仰轴和横滚轴两位置对准时系统的可观测性进行了定量分析,明确了SINS绕3个正交轴旋转系统的可观测性。通过引入弹体坐标系与导航坐标系之间的旋转角速率代替姿态矩阵,使导航坐标系中的转动坐标轴可以指向三维空间的任意方位,得到了弹体绕任意轴旋转两位置对准时系统状态变量误差的变化规律。研究结果可为SINS静基座快速精确对准及其工程应用提供参考。     

基于ROS与三维点云图像的室内物体精准定位

考虑到ROS SLAM构建的地图只能描述环境的二维信息,三维点云图像只能描述物体独立的三维信息等特点,本文融合了ROS SLAM的Gmapping算法构建的室内二维地图与物体的三维点云图像信息,提出了一种复合坐标定位系统。首先对不同室内进行分类,进行一维坐标的标定,其次通过对Gmapping算法构建好的地图等进行二三维坐标标定,再结合空间信息构成外部坐标系φ,最后通过对采集到的物体三维点云坐标进行仿射运算获得物体基于外部坐标三维坐标,结合一维坐标,对物体进行复合四维坐标定位。整个定位实验数据表明,物体室内的位置平均测量误差只有4.2cm,其定位精度比起常见的超声波与红外线定位系统提高6.7%,比基于蓝牙角度测量的定位系统定位精度提高20%,比超宽带定位系统提高72%。物体定位误差小,定位精准。     

芯片识别定位系统中LED光源的应用研究

介绍了LED光源在芯片识别定位系统中的应用。根据CCD的光谱灵敏度曲线和芯片的材料特点以及光学特性,采用不同颜色、不同类型的LED光源进行图像采集,通过归一化相关匹配算法对实验图片进行模板匹配分析,得出匹配得分最高的结果,选择适合此类材料的光源。     

坐标测量机上红宝石轴承视觉自动定位系统

坐标测量机中传统的间接定位方法对微小特征定位不够精确,为了提高微小特征的定位精度,采用机器视觉技术对微小特征本身直接定位的方法,进行了理论分析和实验验证。根据红宝石轴承材料的光学特性,设计了视觉自动定位系统,通过图像算法提取轴承内孔的图像中心,并使用测量机的测针端部作为靶标对相机进行标定,取得了相机图像坐标系与测量机坐标系的转换系数数据。结果表明,该系统的定位精度达到0.01mm,这一结果对提高微小特征的定位精度是有帮助的。     

外部测量装置的捷联惯导对准方法

在室内组合定位系统中,不同子系统之间相互姿态关系的确定是通过对准过程实现的。使用惯性器件进行组合定位,通常航姿参考系统AHRS是以地理坐标系(E-N-U)作为导航坐标系。然而,在室内导航任务中,导航坐标系一般根据用户需求建立在厂内标志点或工装坐标系等自定义位置。针对这一问题,提出一种将地理坐标系与自定义坐标系相互转换的新方法,通过激光跟踪仪建立的外部基准,提出了基于方向余弦矩阵的标定算法,实现了地理坐标系与外部参考坐标系之间的相互转换。实验结果表明:AHRS任意位姿下的转换姿态角度均方根误差小于0.25。     

一种新的相机外参数标定方法

为了更精确地对飞机姿态进行交会测量,提出了一种新的外参数标定装置来获得相机参数。首先通过高精度全站仪获得标定杆上圆形标记点在世界基准坐标系下的坐标,然后通过摄像测量仪采集标定杆图像,对其进行高精度椭圆拟合得到标记点在像素坐标系下的坐标,在已知相机内参数的情况下求解世界基准坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移向量。已知距离标记点验证实验结果表明:相邻点间平均距离误差为0.128 8mm,具有较好的易操作性和标定精度。     

点衍射干涉仪波前参考源标定算法的研究

为了提高双光纤点衍射干涉仪的检测精度,需要对干涉仪装置中两个波前参考源(WRS)的系统误差进行标定。设计了波前参考源的标定过程及标定算法,通过沿被检光学系统光轴四次旋转90°求出波前参考源的沿轴旋转非对称误差,沿倾斜轴四次旋转90°求出波前参考源的沿倾斜轴旋转非对称误差,然后利用两者之差采用最小二乘法求出波前参考源的旋转对称误差,将对称误差和非对称误差相累加求出波前参考源的系统误差。采用计算机模拟了标定算法的整个流程,当波前参考源沿光轴和倾斜轴旋转的旋转公差在±1°范围内时,采用36项泽尼克多项式进行标定的测试误差均方根值小于0.01nm,在标定精度允许的范围内。通过模拟验证了标定算法的正确性并给出波前参考源的旋转公差范围。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

微型四旋翼无人机磁测系统误差的两步校准法研究

用于地磁测量的MEMS三轴磁阻传感器越来越普遍的应用到无人机上进行姿态测量,为提高磁测系统的测量精度需要对传感器误差进行分析和补偿。现采用了一种两步校准法,即首先利用基于最小二乘的椭球假设拟合法对三轴矢量磁传感器的零偏、灵敏度与不正交误差进行标定补偿,目的是得到准确正交的传感器坐标系;利用四位置法对标定后传感器坐标系与测量系统坐标系之间的安装误差进行校准,从而得到磁测系统坐标系下的准确测量数据。无磁转台实验表明：经两步法后测量的磁场模值误差均值由校准前的2900nT降低为900nT,校准效果明显;测量系统单轴（Z轴）的误差均值由2736nT降低为49nT,有效的验证了安装误差校准的正确性。通过实验数据比较得出此方法优于传统的摇摆法,实际操作简单,不需要高精度辅助设备,能够有效的应用于无人机姿态测量系统校准,提高姿态角解算精度。     

运动目标视觉跟踪测量系统与场地坐标系的快速统一方法

车载移动式视觉跟踪与测量系统在实际应用中, 快速便捷地进行视觉系统与场地坐标系的全局统一是关键技术。结合视觉系统与现场特点, 阐述了系统标定原理, 给出了视觉跟踪与测量系统相对于场地坐标系转换数学模型。该方法的基本思路是转台视轴分别指向场地坐标系内的两个控制点, 根据两点对应的俯仰角、方位角及距离确定两坐标系的转换关系。仿真分析和实验结果表明: 角度和距离精度分别达到0.03和0.52%。该方法便捷、高效, 对移动式视觉测量系统坐标系快速统一有实用价值。     

主动雷达与惯导设备安装夹角的标校

针对主动雷达与惯导设备安装夹角引起的测角误差问题,提出了一种高效、高精度的标校方法。采用差分全球定位系统(Global Positioning System,GPS)分别测量目标和雷达在大地坐标系中的位置信息,并转换到目标地理坐标系中;同时通过雷达和惯导测量的雷达坐标系下的目标角度、距离信息,建立目标地理坐标系和雷达坐标系的转换方程,计算出雷达和惯导在目标地理坐标系下的安装夹角。性能分析和仿真结果表明,在确保差分GPS坐标、惯导输出姿态角和雷达测量角精度的条件下,所提方法能有效和高精度的测量出安装夹角。该方法通过了外场试验标定和机载试验验证,可推广到车载或机载雷达与惯导设备的安装夹角标校中。     

Weighted average indoor positioning algorithm that uses LEDs and image sensors

We propose a weighted average indoor positioning algorithm, which is an improved version of the M.S. Rahman’s algorithm, for the calculation of unknown positions in a visible light communication system consisting of light-emitting diodes (LEDs) and image sensors. The algorithm considers the LED illumination intensity as a key factor, and the generalized Lambert illumination model is adopted to estimate the LED illumination intensity of each pixel in the images obtained at the sensors. The LED illumination intensity is normalized as a weighting factor, following the determination of the center position of the LED image. Simulations showed that the average signal-to-noise ratio in our positioning system was 19.3 dB. The simulation results also showed that the root mean square positioning error was reduced from 6.6 to 3.7 cm when the resolution of the image sensor was 3000 pixels per cm, which is comparable to the error in the widely used M.S. Rahman’s algorithm. The distance between the centers of the lenses and the focal lengths of the lenses also affects the positioning error. After the simulations, the relationship between the positioning error and the lens distance or focal length is deduced. It is observed that this algorithm has lesser positioning errors than the M.S. Rahman’s algorithm.     

LED探针台CCD采集数据处理算法的研究

因LED测试芯片经过切割、崩裂、扩张后其上的晶粒会产生很大变形,产生很多空点和排列不规则的点。LED探针台使用面阵相机对晶圆上的晶粒图像数据采集时,两屏之间存在重叠区域,造成大量重复数据。要短时间内获取到点附于蓝膜上晶粒的精确唯一位置和坐标,需要寻找一种可靠高效的数据处理算法,通过对几种数据处理算法进行研究得出最优算法。     

基于亚像素边缘检测的LED芯片定位算法研究

LED芯片的定位精度直接决定了LED制造装备的生产质量和效率,为了提高LED芯片的定位精度,提出了一种基于亚像素边缘检测的芯片定位算法.该算法首先采用Gamma变换方法增强图像的对比度,并利用Blob算法获取芯片有效区域;接着采用Canny算法进行芯片亚像素边缘轮廓的提取;最后,通过拟合芯片边缘轮廓,获取芯片位置中心,完成芯片位置的精确识别.该算法不需要人工训练模板进行匹配,提高了边缘提取的定位精度,实验表明,该算法能在平均4 ms内完成一颗芯片的识别,且重复精度达到0.1 pixel,满足LED芯片高速高精度定位需求.     

机载激光雷达测深系统定位模型与视准轴误差影响分析

根据机载激光测深系统扫描部分结构,针对圆镜偏轴卵形扫描方式,从光束发射方向出发,基于扫描结构轴向关系利用光线反射定律推导出激光出射方向向量,结合激光出射位置到海表点距离获得海面激光点坐标;依据光线折射定律,利用变折射率光线追踪算法推导出海底测深点坐标计算公式,建立海面激光入射点及海底测深点坐标严密计算模型。根据模型定位公式,分析扫描系统视准轴误差影响,通过数值模拟,分析扫描系统视准轴误差对定位精度影响,为扫描系统单体设备加工、装调、集成检校提供依据,为机载雷达测深系统提供海底测点精确计算、改正提供参考。     

汽车牌照实时几何畸变校正方法

经过摄像机摄入的图像会发生几何畸变,给车牌的准确识别带来了困难。针对此问题提出了一套实时几何畸变校正方法。首先对提取出的汽车牌照信息进行预处理;然后提出了一种基于Hough变换和图像分析法提取控制点的实时标定方法;最后通过空间坐标变换和灰度插值完成图像的校正。实验证明,该方法符合汽车牌照图像的特点,具有较好的处理效果。