精确的线结构光中心提取算法研究

光条纹中心的精确提取是线结构光三维识别系统的重要环节。环境光干扰、被测物表面反射以及图像采集系统所产生的噪声都给光条提取增加了难度。文章提出了一种快速精确的线结构光条纹中心提取法。首先,对图像进行预处理,通过边缘法对结构光中心线进行边缘检测;然后,用均方灰度梯度法确定结构光中心法线方向;最后,对法线方向上像素进行灰度加权,从而精确提取出结构光条纹中心。实验结果证明,该算法光条纹中心的提取精度达到了亚像素级别。     

一种快速结构光条纹中心亚像素精度提取方法

本文将大模板高斯卷积的递归实现引入到结构光条纹中心提取中,提出了一种基于Hessian矩阵的亚像素精度结构光条纹中心提取的改进算法.利用高斯卷积递归实现获得光条纹各点的Hessian矩阵,以便确定光条纹各点的法线方向,然后在法线方向利用泰勒级数展开求得光条纹中心的亚像素位置.实验表明,该算法具有精度高、鲁棒性强等特点,提出的算法递归实现方法大大减小了算法的运算量,实现了结构光条纹中心线的快速高精度提取,为结构光视觉检测的实时应用奠定了基础.     

连铸坯三维测量多线结构光的中心条纹快速提取

在利用多线结构光系统对大尺度连铸坯进行三维测量的过程中,线结构光中心条纹的提取精度是影响三维测量精度的重要因素。提出了一种对传统灰度质心方法进行优化的多线结构光中心条纹提取方法。对连铸坯表面激光横截面不满足高斯分布的线结构光条纹,利用图像背景差分的方式去除环境噪声,并根据线结构光条纹与背景间的灰度变化信息确定线结构光的边界,同时提取线结构光的感兴趣区域。根据光条在梯度方向上的灰度积分比例计算灰度质心法的自适应灰度阈值,利用灰度质心方法处理感兴趣区域提取出光条中心点,最后结合附近半径为5个像素的邻域内所定位的中心点进行质心重提取,获得连铸坯表面光条的亚像素中心坐标。现场测量结果表明：对反射特性不均匀的连铸坯表面的激光条纹光条中心进行提取,最终连铸坯边缘轨迹点的三维测量结果标准偏差在2 mm以内,该方法具有精度高、速度快、鲁棒性强的特点。     

基于局部阈值的激光拼焊焊缝条纹中心线快速检测方法研究

基于视觉的激光拼焊焊缝表面质量在线实时检测系统中,结构光条纹中心线能否快速、准确提取是影响检测系统性能的关键因素之一。传统的高斯拟合法和Hessian矩阵法虽然具有较高的亚像素提取精度,但其计算量非常大,无法满足实时性的要求。文中在分析激光拼焊焊缝质量检测系统中结构光条纹图像特点的基础上,将传统的几何中心法引入到结构光条纹中心线提取中,提出了一种精度介于像素级到亚像素级之间的局部阈值几何中心法。实验表明:该算法具有较高的精度和较强的抗干扰能力,实现了视觉检测系统中结构光条纹中心线的快速提取,为激光拼焊焊缝质量视觉检测系统在线实时检测奠定了基础。     

基于Gray码和线移条纹的结构光3D测量技术

结构光3D测量的线移条纹进行编码,以亚像素定位技术提取Gray码条纹边缘和线移条纹中心,将其上点作为图像采样点进行解码的方法.消除了Gray码固有的一位解码误差对投射角求取的影响,同时提高了采样密度.文中具体介绍该方法的编码解码原理,分析了编码图案正交投射对测量准确度的影响,给出了仿真实验结果.测量误差约为0.04%.     

钢轨磨耗动态测量中激光光条中心的快速提取

针对钢轨磨耗动态测量中激光光条中心快速精确提取的问题,提出一种卡尔曼滤波和Hessian矩阵相结合的激光光条中心快速提取方法。首先,利用卡尔曼滤波实时预测钢轨磨耗动态测量中激光光条在图像中所在区域;然后,在预测的激光光条区域内,逐行搜索图像灰度最大点,将该灰度最大点作为激光光条图像中心的初始位置,在激光光条图像中心初始位置处利用Hessian矩阵计算得到光条中心的亚像素图像坐标;最终实现在激光光条区域内光条亚像素图像中心的快速提取。该方法显著减少了搜索区域及高斯卷积的数目,提高了激光光条中心提取的鲁棒性及速度。实验结果表明,在保证激光光条提取精度的前提下,每帧提取时间可达到1.6 ms。     

变边限高斯拟合提取激光条纹中心线方法的研究

投射到物体表面的激光条纹因被调制在条纹不同位置处其宽度也各不相同.因此高斯拟合法提取宽度有变化的激光条纹中心线时,由于不能确定合适的拟合数据使得提取精度较低.针对该种情况,提出了变边限高斯拟合法来提取激光条纹中心线,其特点是当激光条纹粗细发生变化时其高斯拟合数据边限也发生与之对应的改变,具体步骤是先采用极值法和边缘取中法获得条纹像素级的中心位置,然后采用阈值法提取出条纹各列法向宽度值,通过条纹法向宽度值和近似中心位置选定恰当的拟合数据进行高斯拟合.实验证明该法可获得亚像素级的激光条纹中心线,提高了提取精度.     

半透明胶条表面光条中心线提取

为了解决传统激光条纹中心线提取方法不适用于半透明物体的问题、实现对半透明胶条的轮廓精确测量,研究了半透明胶条表面光条中心线提取算法。对比分析了不透明胶条和半透明胶条的激光条纹成像机理。通过研究半透明胶条激光条纹的一维灰度序列,说明了直接反射分量和次表面散射分量的波峰分布差异。最后提出了半透明胶条表面光条中心线提取算法,首先扫描激光条纹的一维灰度序列;然后采用数学形态学方法,根据波峰灰度值大小及分布位置差异提取得到直接反射分量;最后,采用灰度重心法对灰度序列中的直接反射分量开窗提取亚像素中心位置坐标,连续扫描获得光条中心线。实验结果表明,本文方法有效排除了次表面散射的干扰,提取光条中心线的平均误差达到3.197pixel,二次曲线拟合后的平均误差为0.714 pixel,优于直接采用灰度重心法提取光条中心线。本文方法能够有效提取半透明胶条表面光条中心线,为工业现场半透明胶条的轮廓测量奠定了基础。     

RGB颜色格雷码结构光三维测量技术研究

提出一种基于RGB颜色格雷码的结构光编码方法。该方法是将红、蓝条纹按二进制格雷码编码方式进行编排，并在红、蓝条纹之间用一个像素的绿条纹作为分界。由于投射光强相同，基于CCD的摄像机拍得的条纹图像中绿条纹向红、蓝区域扩散程度等同，提取绿条纹的中心即可获得条纹的准确定位，再依据三角法原理实现三维物体测量。文中具体介绍了该方法的编码、解码原理，分析了基于HSI空间的彩色图像分割方法，给出了基于3dsMAX和MATLAB环境下的重构仿真实验结果。     

光切法形貌测量中光条中心的亚像素提取

为了在光切法三维形貌测量中快速准确提取光条的中心位置,保证测量精度,研究了一种光条中心的亚像素提取方法。将图像的灰度视为关于坐标的二维函数,在CCD拍摄的激光光条图像中求取灰度的偏导数和梯度,图像中每一点的梯度代表此点的灰度变化方向,将此方向简化为光条上的点的法线方向。对梯度的大小设定阈值并结合该点的灰度信息,提取图像灰度变化最激烈的部分,即光条饱和带的像素位置。对光条饱和带的每个像素,按照不重复计算的原则在梯度方向上和规定邻域内求灰度中心,得到精确到亚像素级的光条中心位置。此方法将光条曲线的法线方向简化为灰度的梯度方向,省去了求海赛矩阵以确定法向的步骤。实验证明,同等条件下,该方法的计算耗时为常规亚像素提取方法的10%。利用该算法进行实际测量,在200mm×200mm测量范围下,误差(3σ)为0.057mm,满足了测量对精确性和实时性的要求。     

An improved online dimensional measurement method of large hot cylindrical forging

The dimensional measurement of large forgings under high temperature plays an important role in product control. Cylindrical forgings belong to the important products in the forging workshop. In this paper, an improved online measurement method based on binocular vision for the dimensions of hot cylindrical forgings is proposed. Firstly, images of hot cylindrical forgings are captured by two CCD cameras, and the distorted light stripes projected onto hot cylindrical forgings can be resolved from the image by the deviated stripe model. Then, an accurate sub-pixel extraction algorithm of center points of the light stripes is developed for making the extraction of center points of the lights stripes more accurate. Moreover, for changing the field of view of cameras to measure different sections of forgings in the process of manufacturing, the fundamental matrix F is automatically calculated by matching the intersecting points of the projected light stripes in different images, without interrupting the forging process. Finally, experiments on measuring the diameters of hot cylindrical forgings in the workshop are conducted, and the experimental results indicate that the proposed measurement method is effective. Besides, an additional experiment in the laboratory verifies that the relative error of measuring diameters by the presented method is less than 0.7%.     

结构光直线光条图像特征的三步法提取

提出一种三步法直线光条图像特征自动提取方法。计算光条各点的HESSIAN矩阵以确定其法线方向,在法线方向利用泰勒级数展开求得光条中心点的亚像素图像坐标,利用光条中心点的空间位置连续性约束,将相邻光条中心点连接成曲线。采用直线近似方法将曲线拆分为独立直线。将位于不同独立直线上的共线点进行融合,构成新的融合直线,通过融合直线长度约束和近似直线的角度约束,分割出单一直线光条的中心点,采用最小二乘直线拟合方法得到结构光直线光条的方程。通过对真实图像的试验,结果表明,提出的三步法直线光条提取方法,能够自动提取出复杂背景中的直线光条,为线结构光视觉测量的现场应用奠定基础。     

亚像素检测方法在图像检测点提取中的应用

图像检测点的提取是图像定位于检测系统中的关键问题.为解决利用二值细化提取图像检测点技术精度不足等问题,将亚像素检测定位技术应用到图像检测点提取中.通过试验比较了三种亚像素定位算法图像定位中的优缺点,进行了通过光条中心线的提取试验以及通过两条光条中心线交叉点提取图像检测点的试验,对亚像素检测定位技术作出评价.研究结果表明...     

利用轮廓线多边形表示实时提取光带中心线

提出了一种亚像素光带中心线实时提取方法.首先,通过跟踪光带轮廓线并进行多边形表示将光带分段;然后,利用轮廓线的逆时针排序特性以及分段光带方向和横截面方向的正交关系,采用序号表示方法计算光带横截面扫描线方向;最后,在扫描线上设计了自适应光带横截面宽度变化的灰度重心法计算亚像素坐标.针对6传感器线激光人脚扫描仪采集的分辨率为640 pixel×480 pixel的典型位置光带位图进行了实验,结果显示,采用本方法提取光带中心线用时不超过3.1 ms.精度达到亚像素级,能够满足多传感器线激光扫描视觉系统对光带中心线提取的实时性和高精度的要求.     

钢轨磨损视觉测量的轮廓精确快速提取

为保证钢轨磨损动态视觉测量的高精度,综合图像获取和图像处理技术,实现了清晰光条图像获取和光条中心点亚像素坐标精确提取。根据光条与背景环境亮度的高对比度,提出一种依据光条亮度的相机自动曝光法,用于获取清晰的光条图像;分析图像光条法线方向的亮度衰变特征,采用动态阈值分割法初步提取光条,滤除图像背景的同时保留光条法线方向的亮度衰减信息;根据图像过度曝光信息确定光条中心点像素大致位置,再对分割的光条图像相对应像素位置点计算Hessian矩阵,获取光条中心点的亚像素坐标。采用MFC编写应用程序进行试验,在不同光照环境和背景物的干扰下,该方法可精确地提取光条中心,与经典Steger算法相比提取精度偏差为0.05pixel,运算时间节约40%。试验结果验证了该方法稳定性好,有较强的抗干扰能力,较好地满足钢轨磨损测量的现场要求。     

高频振动振幅的视觉测量

研究了运动模糊图像在空间域和频域上的数学模型,理论分析指出物体作高频谐波振动时运动模糊成像的频谱上会由于Bessel函数的零点的存在而形成系列暗条纹。提出利用CCD摄取一幅振动模糊图像,经二维傅里叶变换,并采用图像处理技术检测频谱上直线条纹的位置,即可实现高频振动振幅的图像测量,测量结果为亚像素级的精度。     

有图形硅片显微图像微距线宽测量方法研究

针对硅片关键尺寸高精度准确测量的要求，在整像素级标准件法二维图像微距尺寸测量的基础上，本文综合应用基于卡尺的标准件法和空间矩亚像素细分算法，提出了具有像素级高速度、亚像素级高精度线宽测量的两步标定法。通过给出一个焊盘样本的实际测量结果来分析对比，表明该方法测量精度有了明显地提高，可以用来进行有图形硅片关键尺寸的测量标定。     

基于亚像素边缘的椭圆中心检测方法研究

在椭圆边缘粗定位的基础上,根据椭圆粗定位信息及图像边缘梯度方向附近点的灰度分布特征,进行高斯拟合获取精确的亚像素边缘点,对亚像素边缘点进行最小二乘拟合,得到精确的椭圆中心位置。实验证明,该算法对椭圆中心定位精度和稳定性有较大提高,并有很好的实时性。     

基于超分辨率重建的亚像素图像配准

针对低分辨率图像在配准过程中精度较低的问题,提出了一种基于超分辨率重建的亚像素图像配准方法。首先,对具有1至9像素位移的图像序列进行10倍降采样,获取具有0.1至0.9亚像素位移的图像序列。然后,根据图像的获取过程建立数学模型,以Bayes理论为基础,使用最大后验概率法(MAP)对亚像素位移低分辨率图像进行超分辨率重建,获取高分辨率图像。最后,使用具有亚像素配准精度的扩展相位相关法对图像进行配准。配准实验与噪声实验表明,所提方法的最大配准误差为0.03pixel,能实现对低分辨率图像的亚像素级配准,具有配准精度高、噪声抗干扰能力强等特点,可同时满足可见光图像与红外图像的高精度配准要求。