采用图像直方图特征函数的高速相机自动曝光方法

提出一种采用图像直方图特征(Histogram Feature,HF)函数的自动曝光方法,用于在背景光照快速、大范围变化的情况下对高速相机进行自动曝光控制。首先,采用多点测光对获取的图像进行兴趣区域(Region of Interests,ROIs)提取,以降低系统测光的计算量。然后,通过计算兴趣区域的HF函数选取大步长对曝光时间进行粗调。最后,通过模糊逻辑计算出曝光时间的精调步长并运用阈值限制实现变步长搜索最佳曝光时间,提高高速相机自动曝光的准确性及稳定性。实验结果表明:本文方法可以在2ms内完成一帧图像的亮度测量并对曝光时间进行调整,相较于基于平均亮度值的传统自动曝光方法,在0~110ms内,光源光照强度从760~23 100lux反复变化时,本文方法获得的图像信息熵比平均亮度值法的信息熵均值提高48.38%,方差降低62.13%,可以提供更好与更稳定的图片细节信息,为后续的自动调焦、图像识别以及目标跟踪提供参考。     

交变光场时空耦合型位移测量系统的研制

针对现有光栅精密刻划加工难度大制约测量精度的问题,设计了一种以交变光场为测量媒介的时空耦合线性位移测量系统。该测量系统利用四路正交的交变光场与四组正交的正弦透光面调制耦合形成电行波信号实现高精度位移测量。在对测量系统测量原理分析的基础上,建立了该系统的理论模型和误差模型,通过仿真详细分析了该系统在时间相位不正交、空间相位不正交以及结构安装不平行时的误差规律。开展实验验证了一次、二次和四次谐波的产生原因,根据误差来源改进了测量装置的结构,优化了相应的参数。实验结果表明:在180mm测量范围内,用栅距0.6mm的测量系统实现了±0.4μm的测量精度。该测量系统规避了现有光栅精密刻划的问题,结构简单、安装方便,为光学位移测量提供了新思路。     

基于双目视觉的六自由度工业机器人控制系统研究

目前机器人视觉系统正越来越广泛地应用于视觉检测、视觉引导和视觉装配领域。为了使机器人能够快速准确地识别、检测、抓取工作台上的工件,该文设计了一套双目视觉的六自由度工业机器人控制系统。文中以张正友摄像机标定法为理论依据研究双目视觉合成技术,利用MATLAB摄像机标定工具箱分别获取左右摄像机的内外参数;通过建立机器人用户坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系实现了空间坐标转换;由OpenCV图像处理算法获得工件坐标位置,控制系统驱动机器人实现工件抓取。     

基于面结构光投影法的刀具几何参数测量研究

先进制造技术中高效切削刀具的几何形状与几何参数是否合理直接影响刀具的使用寿命以及产品的加工质量,针对这个问题,采用面结构光投影法对高效切削刀具的几何参数进行非接触式测量,此方法不仅能够准确重建出用于其几何参数测量的刀具三维模型,还能够直观反映刀具表面有无缺陷。主要对面结构光投影法基本思想、测量系统数学模型和点云旋转拼接进行了研究,并给出了刀具转台坐标系和CCD摄像机成像坐标系之间的变换关系,并对直柄麻花钻进行测量实验,实际结果测量结果的比较表明面结构光投影法可有效对刀具进行测量,且测量精度较高。     

基于光纹特征的激光主动照明图像去模糊

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响,激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊,而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果,故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样,建立尺度金字塔,在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点,提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤,提出适用的能量函数,迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统,在捕获的激光主动照明图像上进行了实验,并与现有方法进行了对比。结果表明:本文方法不仅能够复原出清晰图像,而且能有效抑制振铃效应,其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。     

基于光场成像的三维测量方法的研究

光场有别于传统图像,不仅具有位置信息而且包含方向信息,为空间场景重建提供了可能。首先对光场成像技术进行光场变换建模,建立了像素光场模型,并提出光场变换准则,为光场重聚焦奠定基础。然后借鉴传统的对焦测距思想,建立了光场三维测量的方法,选择合适光场数据的清晰度评价函数评价成像质量,提出三角质心插值方法优化光场重建质量。最后,对光场三维测量系统进行了标定,建立像面误差补偿算法。实验表明,测量范围10~120 cm时,测距误差小于5%。     

基于硅基液晶拼接的高对比度动态星模拟器光学系统

针对基于硅基液晶(LCOS)拼接技术的动态星模拟器对比度低,无法在星图识别过程中为星敏感器提供全部有效目标的问题,提出通过抑制光学系统杂散光来提高LCOS拼接动态星模拟器对比度的方法,讨论了偏振度对于杂散光的影响,并推导出入射角与偏振度的函数关系。设计了抑制杂散光的光学系统,该系统包括利用复合抛物面聚光器(CPC)结合望远系统组成照明光源,配合多棱镜的1/4波片和视场角不小于11°的准直光学系统。在截止频率为60lp/mm,视场角小于±5°的情况下,该准直系统的调制传递函数(MTF)大于0.7。实验显示:该高对比度LCOS拼接动态星模拟器的星间角距误差小于18″,相对于传统型的星模拟器杂散光降低了2.38倍,其在保证精度的条件下,降低了动态星模拟器的背景噪声,提高了动态星图的可识别率,基本可以满足星敏感器在多星等条件下的对精度和动态特性的需求。     

激光片光浓度场测量系统及其在风洞模拟中的应用

为在大型环境风洞中模拟大气污染物迁移扩散状况,开发出污染物浓度激光片光测量系统和污染物发放系统。基于激光片光浓度场测量系统,风洞模拟得到城市环境下点、线和面源污染物的扩散分布图案。基于风洞试验工况的边界条件,计算流体动力学(CFD)仿真得到污染物扩散分布,CFD仿真结果和激光片光浓度测量结果,两者定性一致,达到了相互印证的效果。将研究开发的激光片光浓度场测量系统和定量采样方法相结合,有望实现风洞试验中污染物浓度场的定量测试。     

UBG-Ⅲ型光导液位仪在北罐区的应用

介绍了UBG-Ⅲ型光导液位计在原料北罐区16台储罐的应用,解决了北罐区液位监控系统误报警状况严重问题,同时对于UBG-Ⅲ型光导液位计存在的不足之处进行了整改。     

时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型。分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响。搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件。通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证。结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用。相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小。辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同。具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍。系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小。