全视场在线图像可视铁谱磨粒显微成像特性分析

为了评估全视场在线图像可视铁谱磨粒显微成像特性,提出了一种反射光显微成像模型。首先,基于朗伯余弦与小角度散射理论建立了全视场(OLVF)的反射光辐照度模型,实现了磨粒显微成像清晰度定量评价。然后,仿真计算磨粒显微成像的反差透视比,确定了最优光学倍率和适用于全视场OLVF探测的油液衰减系数范围,明确了光学参数对磨粒显微成像质量的影响规律。结果显示：光学倍率为2.0×且油液衰减系数≤2.0条件下,磨粒沉积于物方视场的主光轴附近,全视场OLVF可获得最佳磨粒显微成像清晰度。最后,开展了磨粒显微成像实验测试,结果表明：全视场OLVF能够从油液衰减系数小于2.0的在用液压油和齿轮油中获取反射光谱片图像,并提取磨粒视觉信息进行磨损在线监测。     

虚拟广告系统一致光照技术研究

光照一致性是衡量虚拟广告系统性能的一个重要环节。针对室外运动场景,主要采用了交互指定和自动恢复相结合的方法来恢复太阳光照。首先利用球场的特征点在图像坐标系与世界坐标系上的匹配关系计算出真实摄像机的参数;根据摄像机参数和场景中已有的物体及它们的阴影坐标来恢复主光源;并计算出虚拟物体在所求光源下光照效果的过程。研究结果表明,该方法实现相对简单,计算量较小,通过少量的人机交互就能方便快捷地生成较为接近现实的光照效果。     

基于白光数字频域图像的旋转轴微位移检测方法EI北大核心CSCD

针对旋转轴偏离轴线的微位移,提出一种非接触、在线检测的新方法。在恒定光源下,显微摄像机采集同一摄像区旋转轴偏离前后的图像,通过改进的白光散斑数字频域逐点分析法进行相移计算,得到黑白相间的干涉条纹。从白光数字频域干涉图像中条纹的个数和角度,可知转轴在旋转过程中偏移量和方向。该方法仅需单光源、单目图像,在不影响转轴正常工作的条件下即可完成旋转轴微形变在线实时检测,而且分别率高、线性好,具有实际运用价值。     

基于白光数字频域图像的旋转轴微位移检测方法

针对旋转轴偏离轴线的微位移,提出一种非接触、在线检测的新方法。在恒定光源下,显微摄像机采集同一摄像区旋转轴偏离前后的图像,通过改进的白光散斑数字频域逐点分析法进行相移计算,得到黑白相间的干涉条纹。从白光数字频域干涉图像中条纹的个数和角度,可知转轴在旋转过程中偏移量和方向。该方法仅需单光源、单目图像,在不影响转轴正常工作的条件下即可完成旋转轴微形变在线实时检测,而且分别率高、线性好,具有实际运用价值。     

油液在线监测系统中的磨粒识别

针对机械设备磨损状态监测要求,构建了基于显微图像分析的油液在线监测系统.根据系统的光路特点,对磨粒图像进行了基于彩色特征的转换,并通过与背景图像的差值处理来快速提取磨粒目标.基于最小二乘支持向量机设计了两类磨粒分类器,并利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机模型中的参数进行了优化选取.在此基础上,根据磨粒识别体系,设计了磨粒综合分类器.最后,利用铁谱分析技术对系统性能和识别效果进行了检验,结果表明,系统的识别精度达到95%以上,满足磨粒在线监测要求.     

双摄像机双光源视线追踪系统标定方法研究

针对现有平面镜反射标定方法的不足,提出了一种基于多摄像机全局标定的视线追踪系统标定方法.通过在屏幕对面放置一对标定摄像机与系统摄像机构成多摄像机系统,标定摄像机直接拍摄标定目标,测量系统摄像机、光源和屏幕之间的空间位置关系.通过多摄像机全局标定确定系统摄像机和标定摄像机的坐标转换关系.通过坐标转换最终标定出系统摄像机坐标系中摄像机、光源、屏幕的空间位置关系.该方法解决了屏幕和光源不在系统摄像机视野范围内的问题,减小了图像误差.系统标定结果验证了该方法的有效性,同时为其他同类系统标定提供了一种解决问题的思路.     

油液在线监测系统中磨粒识别技术研究

针对磨损状态监测要求,构建了基于显微图像分析的油液在线监测系统。根据系统光路特点,对磨粒图像进行了基于彩色特征的转换,并通过与背景图像的差值处理来快速提取磨粒目标。基于最小二乘支持向量机设计了磨粒两类分类器,并利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机模型中的参数进行了优化选取;根据磨粒识别体系,设计了基于最小二乘支持向量机的磨粒综合分类器。最后,利用铁谱分析技术对系统性能和识别效果进行了检验,结果表明本系统具有较高的检测精度和识别效果。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

基于相关准则的磨粒显微图像目标提取

针对磨粒显微图像识别中的目标提取问题 ,应用一种新的阈值分割方法将磨粒目标从复杂背景中分离。该算法以原始图像与分割后图像的相关系数最大为准则 ,选取最优阈值对磨粒图像进行二值化 ,经腐蚀、膨胀等滤波运算后 ,利用跟踪搜索法提取磨粒边界 ,实现了复杂背景下磨粒目标的有效提取。应用实例表明了算法的简洁有效性。     

基于光度立体学的金属板带表面微小缺陷在线检测方法

高品质金属板带对于表面质量的要求非常严格,不允许存在一些微小的缺陷,现有的基于机器视觉的表面在线检测系统很难检测到微小缺陷.采用光度立体学的原理,利用两幅不同光照角度的灰度图像获得表面法向的方法检测表面微小缺陷.彩色三线阵电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)摄像机安装在垂直于金属板带方向上,一台红光光源和一台蓝光光源对称安装在摄像机两侧.摄像机采集到的彩色图像可分离出R、G、B通道图像,其中R、B通道图像分别为红色、蓝色光源的反射光图像.表面倾角法可通过R、B通道图像计算表面倾角分布图,并根据表面倾角分布图检测微小缺陷.通过试验验证该方法可检测直径为0.1 mm的孔洞.讨论在一套检测装置中实现微小缺陷与常规缺陷同步检测的方案.在红光、蓝光两种光源基础上增加一台绿光光源,与摄像机形成介于明暗场的照明方式,可通过摄像机分离出的G通道图像检测金属板带表面的常规缺陷.     

透明材料微小器件键合质量检测系统设计

针对材料和结构均特殊的透明材料微小器件的键合质量检测,提出了可见光透射机器视觉检测法。分析了检测系统硬件中主要部件的性能要求,研究了该检测系统的图像处理技术。检测系统利用光源、相机、镜头和计算机等主要部件实现图像采集功能,并通过图像相减、灰度直方图调整、图像滤波和图像二值化等图像处理功能来完成质量检测。实验结果表明,提出的可见光透射机器视觉检测法能灵敏有效地检测出透明材料微小器件键合位置处存在的键合间隙和缺陷大小,检测精度可达10 μm,满足透明材料微小器件键合质量的要求,是一种高效、非接触、无损、无污染的检测方法。     

光条图像成像参数的模糊自适应调整方法研究

针对结构光测量系统中激光光条易受多种因素调制成像质量不稳定的问题,以灰度直方图为基础,分析光条图像具有代表性的灰度分布特征,研究了摄像机曝光时间和增益两种可控的系统采集参数与直方图特征变化之间的规律,提出了一种基于模糊控制策略的相机参数自适应调整方法,利用C#编程语言和MATLAB的COM组件搭建测试环境。试验结果表明,激光扫描测头系统经过成像参数的自适应调整,光条图像能够达到到预期的效果,满足Steger算法对光条和背景的处理要求。     

基于光栅投影的多摄像机标定方法

多摄像机是解决结构光测量系统中视场小和自遮挡等问题的有效方案,但同时由于摄像机分布广、无公共视场,存在全局标定困难的问题。提出了一种基于条纹投影的多摄像机标定方法。加入辅助设备投影仪并向视场内投影大幅面的条纹图案,借助相位算法建立起全局相位场,反求景物的投影仪虚拟图像。利用平面靶标标定摄像机的内参和投影仪的外参获取靶标平面的移动信息,进而求解相邻摄像机的位置参数。最后的优化过程中,再根据相位值对相邻摄像机的图像完成亚像素匹配,通过最小化重建偏差对系统参数进行迭代优化。在搭建的多摄像机三维测量系统上进行试验,结果表明本文的多摄像机标定和测量方案切实可行。     

Automated classification of wear particles based on their surface texture and shape features

In this study, the automated classification system, developed previously by the authors, was used to classify wear particles. Three kinds of wear particles, fatigue, abrasive and adhesive, were classified. The fatigue wear particles were generated using an FZG back-to-back gear test rig. A pin-on-disk tribometer was used to generate the abrasive and adhesive wear particles. Scanning electron microscope (SEM) images of wear particles were acquired, forming a database for further analysis. The particle images were divided into three groups or classes, each class representing a different wear mechanism. Each particle class was first examined visually. Next, area, perimeter, convexity and elongation parameters were determined for each class using image analysis software and the parameters were statistically analysed. Each particle class was then assessed using the automated classification system, based on particle surface texture. The results of the automated particle classification were compared to both the visual assessment of particle morphology and the numerical parameter values. The results showed that the texture-based classification system was a more efficient and accurate way of distinguishing between various wear particles than classification based on size and shape of wear particles. It seems that the texture-based classification method developed has great potential to become a very useful tool in the machine condition monitoring industry.     

图像矩心内插法在空间相机实时检焦中的应用

自动检调焦技术是保证空间相机拍摄出高质量图象的重要技术手段,本文提出了一种自准直法精密检焦系统,该方法利用五棱镜代替大平面反射镜,用CCD作为光电转换器件,用半导体激光器做光源,结构紧凑,稳定可靠.采用矩心法求取光斑在CCD上的移动量,从而计算出离焦量,在测量中通过合理选取阈值和数据平滑技术,提高了检测精度,实验结果表明该方法能够达5μm以内的检焦分辨率     

Shape and texture features in the automated classification of adhesive and abrasive wear particles

In this study the automated classification system, developed previously by the authors, was used to classify wear particles. Two kinds of wear particles, adhesive and abrasive, were classified. The wear particles were generated using a pin-on-disk tribometer. Various operating conditions of load, sliding time and abrasive grit size were applied to simulate adhesive and abrasive wear of different severity. SEM images of wear particles were acquired, forming a database for further analysis. The particle images were divided into eight groups or classes, each class representing different wear test conditions. All eight particle classes were first examined visually. Next, area, perimeter and elongation parameters were determined for each class and the parameters were statistically analysed. The automated classification system, based on particle surface texture, was then applied to all particle classes. The results of the automated particle classification were compared to those based on either the visual assessment of particle morphology or numerical parameter values. It was shown that the texture-based classification system was a more efficient and accurate way of distinguishing between various wear particles than classification based on size and shape of wear particles. It seems that the texture-based classification method developed has great potential to become a very useful tool in the machine condition monitoring industry.     

胶片摄影空间相机动态成像质量评价

对以胶片为图像载体的可见光高分辨率空间相机来说,除光学系统本身的像质和胶片分辨力对相机的最终成像质量产生影响外,相机的像移补偿机构、像移速度控制系统、最佳成像焦面位置的确定等都对相机的最终成像质量产生影响,通过对胶片式可见光高分辨力空间相机整机系统的成像理论进行分析探讨,采用光学传递函数的方法进行相机整机系统的像质评价及像面位置的准确标定。详细给出了空间相机的实验室检测和在轨摄影的动态摄影传递函数及数据分析结果,通过理论值与此方法分析出的传递函数值作对比,证明了胶片摄影刀口阴影经付立叶变换等方法处理所得MTF的方法可以用来评价空间相机的动态成像质量,对用实验室实测的相机动态MTF结果来预估相机在轨动态MTF及在轨摄影分辨力方面做出了有益的尝试。     

采用外触发方式实现CCD摄像机的全自动调光控制

针对传统的CCD摄像系统自动调光方法在工程使用中存在的不足,提出一种新型的CCD摄像系统的全自动调光方法。它采用外触发电子快门和可变光阑相组合进行调光,外触发电子快门调光为主,可变光阑调光为辅。采用外触发方式实现CCD摄像机的电子快门时间调节,由单片机控制电机调节可变光阑的通光口径,以使像面照度适中。反馈控制量由图像目标区域的均值电平获得,从而实现最佳全自动调光。简要叙述了新型调光系统的组成和工作原理。Matlab仿真结果表明,与传统调光方法相比,新型调光方法调光拍摄的图像对应的直方图分布更宽广且更均匀,功率谱幅值也更高,达到7.5dB以上。其图像更清晰,对比度更高,目标层次对比也更加明显,满足现代CCD摄像系统的最佳全自动调光要求。