深度空间小视角摄像机标定北大核心CSCD

针对深度空间小视角摄像机标定,建立基于立体靶标的仿真分析方法,深入分析了靶点的空间分布各因素对摄像机内参数标定精度的影响,提出在摄像机标定之前合理设计靶点的数目及位姿分布的思想。分析表明,靶点的空间分布范围对标定精度的影响最大,靶点的数目对精度影响较小;从最近测量距离开始布置靶点,可提高标定精度。提出一种结合感兴趣区域和灰度矩亚像素边缘检测的图像光斑中心定位的算法,有效保证了定位精度和运行效率。构建虚拟立体靶标对摄像机内参数进行了快速标定,参数标定精度高,具有实际应用价值。该方法也适用于无需靶标拼接的摄像机标定。     

应用于三坐标测量机的半光斑成像式激光测头

运用半光斑成像原理研制出一种新型的半光斑成像非接触激光瞄准测头,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并对该测头重复性瞄准触发精度、不同光学特征表面的灵敏度特性进行了实验研究.实验结果表明该测头重复性瞄准测量不确定度在1 μm以内,测量灵敏度可达30～60 mV/μm,测量角度在不增加辅助措施的前提下可以达45°,综合性能达到传统三角法光学测头的性能.该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合其他测长仪器可以实现自由曲面的快速、精确测量,具有广泛的应用前景和较强的实用价值.     

半光斑成像式多功能激光瞄准测头的研究

运用半光斑成像原理设计了一种用于三坐标测量机的多功能激光瞄准测头。详细介绍了测头的光学系统工作原理和设计思路,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并进行了多功能测头的重复性瞄准测量、灵敏度测量、倾角跟踪实验。实验结果表明,该测头重复性瞄准测量不确定度优于1 μm,测量灵敏度可达30 mV/μm,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可达25°,能满足三坐标测量机的使用要求。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合三坐标测量机或者其它测长仪器,能够实现对自由曲面进行快速精确瞄准及轮廓图像瞄准测量,具有广泛的应用前景和实用价值。     

编码标尺成像系统的在线自标定方法研究

通过对图像瞄准系统中的畸变分析,提出以激光长度测量值作为长度基准的成像系统在线自标定方法.该方法以被测标尺上的线纹为标定测量对象,分别获得多组标尺分划线纹边缘在图像中的位置和相应的激光长度测量值,建立二者的数学模型,根据所建模型对瞄准系统中图像畸变误差进行校正.实验结果表明,对实验图像的校正可使一维畸变误差约减小为校正前的15%,能有效提高测量精度,且测量校正过程不需要辅助设备和标准标定样板,算法简单,易于实现.     

视觉瞄准激光干涉测量编码型水准尺

针对编码型水准尺分划误差的检测,提出了采用视觉瞄准与双频激光干涉测量相结合的方法。构建了编码型水准尺的精密检测系统并对瞄准测量方法进行了研究。当被测条码边缘出现在瞄准视场中,不必微调载尺工作台,即可实现图像和干涉仪测量数据快速采集,并由软件完成瞄准及测量。针对条码边缘图像的检测,首先采用最大方差法分割图像;然后提出图像边缘跟踪法,直接寻找检测边缘,从而避开去除噪声的困难;最后应用概率细分方法对条码边缘定位,提高测量分辨率。经实际测试,该检测系统视觉瞄准标准差为0.23μm,系统稳定性标准差小于0.5μm。该瞄准测量方法提高了测量效率,测量精度高于检测要求4倍,保证了编码型水准尺检测的可靠性。该检测系统已成功应用于编码型水准尺的分划误差检测。     

带状弹性织物张力控制方法的应用研究

分析带状弹性织物张力控制的特殊性与主要影响因素,提出主动馈送式张力控制方法,采用参数自整定的模糊PID控制算法,设计完整的检测和控制系统方案并研制了实验样机,样机实验结果表明主动馈送式张力控制方法在弹性织物张力控制中有效可行,并对于大弹性材料的张力控制具有参考价值。     

可移动文物的三维重建及外形参数计算

精确高效获得可移动文物的三维数字档案及外形参数对于可移动文物的保护与研究有重要意义。在多视图几何三维重建中,针对匹配点占比对重建精度与效率的影响展开研究,得出匹配点占比约为50%时可实现精确高效重建,该结论可有效指导基于多视图几何三维重建的图像序列的采集。针对重建产生的噪声,在HSV颜色特征空间中滤除点云噪声,利用基于标准差阈值的检测算法去除离群点,有效提高了三维重建的精度和视觉效果。在三维重建后,采用有向包围盒算法计算可移动文物外形参数,采用基于点云疏密程度的加权主成分分析法（PCA）计算包围盒的主方向。采用所提方法测量的仿元代瓷制花瓶,外形参数的重复性标准差小于0.15 mm,最大测量误差小于0.25 mm,高于可移动文物保护与研究中对外形参数的测量要求。     

小视场大范围坐标测量方法

靶标成像法存在高分辨率与大范围不能兼顾的难题。提出基于编码靶标成像的小视场坐标测量新方法,利用视觉测量获取编码靶标局部信息,依据靶标的全息性即可获得靶标端点的位置信息,实现相对大范围的坐标测量。设计出编码靶标,采用红外光点组合编码,只要成像视场大于3个编码间距即可正确解码和测量。建立系统测量模型,仿真分析了系统主要参数与测量精度的关系,构建优化的测量系统。定点测量和距离测量试验和数据证明了通过获取编码靶标的局部信息可以实现高精度坐标测量。仿真和试验表明,采用编码靶标测量,不仅利用较小视场实现较大范围内的高精度测量,而且利用视场内尽可能大范围的光点参与计算提高测量精度,编码靶标方法显著优于普通靶标方法。利用编码靶标的全息特点扩大测量范围而并不损失测量的分辨率,可以解决视觉测量中大范围与高分辨率不能兼顾的矛盾,为视觉坐标测量提供新思路,具有后续研究价值和实际应用价值。     

静态锥束CT成像系统的几何标定方法研究

采用X射线源阵列的静态CT成像系统为消除机械运动伪影,提高重建图像质量以及扫描成像效率提供了有效途径。高效、准确的几何标定方法是对X射线源阵列标定的关键。提出通过对一个已知三维标定模板的一次投影成像,采用最小二乘的直接线性变换法实现X射线成像系统的内、外参数准确估计的方法,以此方法用于静态CT扫描成像系统的几何标定。实验和仿真结果表明,该标定方法无需辅助装置,避免了满足要求条件的多次投影成像的过程;不受标定模板空间姿态的限制,一个X射线源与探测器的几何标定只需一次投影成像过程,方法简单、准确、易于操作,适于平面探测器的静态锥束X射线源阵列的成像系统几何参数的准确标定。     

基于模糊PID控制的InGaAs光电探测器的温控系统

InGaAs光电探测器性能的好坏与环境温度的变化密切相关,为了使探测器能有良好的工作特性,其工作环境温度必须具有高稳定度。温度控制系统以MSP430F149为控制核心,使用参数自整定的模糊PID控制算法,以脉宽调制的方式驱动半导体制冷器工作,实现对光电探测器的高精度温度控制。并对模糊PID控制的控制效果进行了SIMULINK仿真,最后在InGaAs光电探测器上进行了温度控制的实验。实验结果表明设计的温度控制系统可以达到±0.02℃的高精度控制,完全符合实际应用需要。