无扫描激光三维成像系统的建模与仿真

当前的像增强器耦合型CCD(ICCD)模型主要针对微光成像系统,无法直接用于三维成像系统.在三维成像系统中,像增强器不再工作于高增益状态,而且增益非线性对测量结果有很大影响.为此,改进ICCD模型中的噪声模型,采用非线性增益模型.针对光源强度和像增强器增益均随时间变化,对模型进行时间离散化处理.结合光照模型和物体三维数据进行系统仿真和定量分析.结果表明,增加CCD势阱容量、减小微通道板(MCP)增益、增大光源功率,可以提高信噪比,从而提高测量精度,同时需要提高快门速度、光源调制度,并抑制环境光影响.     

结构光双目测量系统标定方法

为了解决双目结构光测量系统参数不容易准确获取的问题,依据传统摄像机标定方法,结合结构光双目测量系统的特点,提出了CCD摄像机标定方法.通过对左右CCD摄像机采集得到的两幅标定模块的图像数据分析,按照"两步"标定法的思路,先得到平移向量R和旋转矩阵R等外部参数,再利用已知的空间距离求解到摄像机的成像模型需要标定的其他参数.实验数据表明,该方法可简便、准确地标定出CCD摄像机参数,方便了三维视觉测量工作,是一种有实用性的标定方法.     

基于空间像素纯度指数的端元提取算法

为了减小光谱变化以及异常像素点对端元提取结果的影响,根据局部区域内纯像元和混合像元光谱特征的不同,提出一种基于空间像素纯度指数的端元提取算法.将光谱角距离和欧氏距离加权相加作为新的混合距离测度;采用固定大小的邻域窗口计算图像中所有像素的空间像素纯度指数,在此基础上,根据光谱角距离测度和设定的端元光谱区分性阈值依次搜索端元.仿真数据和真实高光谱图像实验结果表明:该算法能够准确地提取图像中的端元,并且精度高于其他一些端元提取算法.     

SPR光谱信号的一阶矩数据分析方法

为了降低光源光强波动对表面等离子体共振(SPR)光谱信号的影响,提出一种基于幅值的SPR光谱信号动态基线一阶矩分析法.光源光强的波动会导致SPR光谱信号的幅值出现整体偏移,但SPR光谱信号的幅度变化较小,该方法的基线根据SPR光谱信号的最小幅值而动态调整.运用自行研制的SPR检测系统,测量了多种质量浓度的氯化钠和葡萄糖溶液得到光谱信号.采用固定基线法、固定宽度的动态基线法、基于面积的动态基线法和基于幅值的动态基线法等4种不同的一阶矩分析法得到光谱信号的共振像素.结果表明：动态基线法明显好于固定基线法,基于幅值的动态基线法其检出限（LOD）接近或者略好于其他2种动态基线法,且其在计算时间上明显少于另外两者,更适合于采样频率更高、实时性要求更强的SPR检测器.     

一种光刀式义齿三维轮廓测量系统标定方法

为了提高数字化口腔测量系统的测量精度,文中基于光刀式测量法,提出了一种用于测量义齿三维轮廓的系统标定方法.采用具有一定斜面的立方体作为标定块,通过标定块的单方向平移,确定出每一个高度下空间物理位置点在摄像机成像平面的像素值,对标定范围内所有像素点进行标定,得到网格式的标定结果.该标定方法经实验验证,结果表明:标定后测量系统的测量精度达到0.04mm,对高度标定具有连续性;通过标定块的两次平移可以完成整个标定过程;较传统义齿三维轮廓测量系统标定方法,标定灵活性增强,标定原理简化,标定速度快.     

基于特征匹配算法的双目视觉测距

距离测量作为障碍物检测以及路径规划的前提和基础是机器人研究领域的一个重要分支。在众多测距方法中,由于双目立体视觉具有信息丰富、探测距离广等优点被广泛应用。本文将改进的SIFT特征匹配算法应用到双目视觉测距与标定系统中。首先建立双目视觉测距模型,测量值由空间物点在左右摄像机下的像素坐标值决定;其次根据该模型的特点提出了基于平行光轴的双目立体视觉标定方法;最后利用改进的SIFT特征匹配算法,提取匹配点的像素坐标完成视觉测距。实验结果表明,根据测量数据对障碍物进行三维重建,相对距离与真实场景基本吻合,能够有效地指导机器人进行避障。     

快速凹凸贴图算法的改进与实现

凹凸贴图是一种使得物体光滑的表面看起来凹凸不平的计算机绘图技术.为了克服传统的快速凹凸贴图算法中光源位置不易控制等缺点,使用了不同的方法计算当前像素的值来模拟不同的光源位置,并根据像素距光源的距离来模拟光线的衰减效果,同时介绍了一种亮度查找表的产生算法.使用该改进算法产生出的凹凸贴图图像具有较真实的三维形态,而且速度快,开销小,可以应用在开发各种计算机虚拟现实、计算机绘图、动画程序中.     

基于曝光适度评价的多曝光图像融合方法

针对数字相机在拍摄宽亮度范围场景时动态范围不足的问题,提出一种高效的多曝光图像融合方法.提出结合图像亮度信息的曝光适度评价方法,通过场景的多次采样曝光,分析不同像素的亮暗变化,利用高斯数学模型计算评价数值.将该曝光适度评价方法应用于图像分块区域,并计算每个像素的权重值,消除图像块效应.将不同曝光度下成像的图像序列融合为一幅局部自适应曝光的高动态范围(HDR)图像,实现动态范围扩展.结果表明,该方法简便有效,细节纹理与颜色信息具有更强的表现能力,且熵值更高.     

基于 PTZ 摄像机的行车吊钩主动跟随算法

传统固定式摄像机由于其监控的狭隘性与被动性，无法自适应调整其焦距值来获得目标清晰图像，使得行车吊钩跟随具有较大的挑战性。因此，提出一种基于PTZ摄像机的行车吊钩主动跟随算法。首先通过摄像机标定求解摄像机初始状态角度和内置参数K中的焦距值，利用几何投影关系，建立摄像机与车间坐标系的动态成像模型，根据模型和行车吊钩位置估计摄像机的P、T、Z值；然后针对高分辨率图像逐渐偏移图像中心区域的问题，采用特征点自动对准算法，二次计算摄像机的P、T增量；最后基于估计的P、T、Z值及其增量，调用摄像机接口函数进行姿态调整，使行车吊钩始终位于图像中心，完成主动跟随任务。实验结果表明，该算法可以很好地适用于大视场下的目标跟随。同时，该算法需要实时采集目标点的世界坐标，因此同样适用于装有GPS定位设备或者距离传感器等的目标跟随。     

被测导体偏心对Rogowski传感器输出电压幅值的影响分析

钳式Rogowski传感器在电缆局部放电检测中被广泛运用,但被测导体如果偏心穿过钳式Rogowski传感器会影响传感器的输出电压.通过实验测量,研究了被测导体通过钳式Rogowski传感器时偏心距离的大小对传感器输出电压幅值的影响,并对测量数据进行了归纳总结.由实验结果可知,导线偏心对钳式Rogow ski传感器的输出电压的幅值影响在9%以内,偏心导体靠近BNC接头侧,Rogow ski传感器的输出幅值增大,反之其输出幅值减小.     

基于激光条带追踪的桥梁振动非接触测量方法

针对基于计算机视觉的结构位移测量方法存在对靶点要求高及光照依赖性强的问题,提出了一种通过竖直投射激光条带于桥梁结构表面,追踪光带中心以分析桥梁振动的新方法。通过大功率线激光器投射激光线至梁底面或顶面,倾斜拍摄激光线连续影像,利用改进灰度重心法亚像素追踪激光条带中心线位置在图像上的改变,几何换算得到桥梁振动位移时程曲线,进而可分析获得桥梁结构的动力参数。在室内实验条件下对简支梁模型桥进行了锤击强迫振动试验,以SONY 4K摄像机作为影像采集设备,LVDT位移传感器和加速度传感器作为传统数据采集设备进行了同步数据采集实验。分析结果表明,动位移测量结果以LVDT采集数据为参考,SONY摄像机所得结果相对误差极值为3.17%。模态分析结果以加速度传感器为基准来比较,摄像机对前二阶频率识别的相对误差极值为1.81%,表明动位移测量与低阶模态参数识别都取得了理想的效果,不同于加速度传感器所得模态振型空间精度受限于传感器数量,本文方法所得模态振型空间精度可达像素级,且几乎无环境光照改变干扰实验结果的困扰。该方法为非接触测量以识别桥梁自振特性提供了一条经济高效的新思路。     

基于数字摄影测量技术的岩石表面分形维研究

基于数字摄影测量技术,结合计算机图形处理方法,对大理岩和花岗岩两种岩石试件的表面图像进行采集并处理,得到两种岩石光滑表面的二值图像.编制MATLAB程序,统计一系列以不同像素点为边长的正方形覆盖二值图像时的个数,根据像素量和正方形个数之间的关系确定图像的计盒维数;统计一系列在不同尺度下图形曲线的周长和面积,根据他们之间的关系确定图像的周长-面积关系维数,结果表明:两种岩石表面具有典型的分形特征,两种分形维数计算结果准确、可靠;数字摄影测量技术结合计算机图形处理方法适用于分形分析中.     

基于EEMD-FastICA的位移摄像测量误差源探究

随着摄像测量技术在土木工程结构健康监测领域的应用逐渐增多,摄像测量技术的长期全天候工作性能受到越来越多的关注。为探究摄像测量技术的主要误差源,提出一种基于盲源分离（Blind Source Separation,BSS）的误差源分析新方法：为了构建多通道信号作为盲源分离模型的输入信号,采用集合经验模态分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）拓展观测信号通道;采用快速独立分量分析算法（Fast Independent Component Analysis,FastICA）对输入信号进行盲分离,得到FastICA分量;分析各分量与温度、光照等环境因素的相关性,探究主分量对应的误差源;利用分离算法所得的混合矩阵逆变换,计算各误差源分量的占比,确定摄像测量的主误差源。进行长期摄像测量误差源探究试验,通过盲源分离算法分析长期摄像测量误差数据,结果表明,该算法具有良好的分离效果,可有效分离提取各误差源所致位移误差分量,在长期摄像测量中,温度为主要误差源。     

基于相移法的复杂表面物体体积测量系统

基于相移法测量原理建立了完整的物体体积测量系统。采用CMOS相机进行图像采集,使用相位差为π2的彩色编码光栅获取三维形貌,通过像素点面积乘以每点的高度,之后将每点对应的体积进行积分,从而得到物体的体积。使用LabVIEW软件作为开发平台进行数字图像处理,LabVIEW支持并行,提高了测量速度。图像处理采用中值滤波,并引入MATLAB软件进行辅助运算。实验结果表明,系统能快捷有效地实现三维形貌的获取,测量体积的相对精度在2.2%以内。     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。     

融合运动和统计特征的静态目标检测

为了解决大部分时间处于相对静止状态目标的智能监控,提出一种融合运动和统计特征的静态目标检测方法.该方法采用行列错位减图像的帧差来提取目标运动特征,根据目标模型和候选区域的统计特征匹配检测目标,利用运动特征和模板的相似性度量动态更新模板.通过积分图优化特征提取及对强光抑制,提高了算法的实时性和鲁棒性.     

相机快速立体定标方法

相机定标是计算机视觉中极为重要的环节,定标的准确性和实时性直接影响其工业应用。为了实现快速、高精度的相机定标,对相机的成像模型及模型参数求解进行了研究,发现相机成像平面中心附近区域的畸变基本可以忽略。针对这一发现,提出一种简易、快速的相机立体定标方法。首先以成像平面中心附近的点作为特征点,用来求解相机的内外参数,再将求得的内外参数作为已知带入畸变模型,以剩余点的三维坐标及像素坐标作为输入,用多元线性回归最小二乘法对畸变参数进行最优化拟合。实验表明,该方法的定标精度高,其平均像素误差可达到10-2量级,同时算法运算时间明显缩短,能更好地满足实际工业应用的需求。     

VC4468E智能相机在光电自准直系统中的应用

针对基于PC的光电自准直系统便携性较差的缺点,设计了一种基于智能相机的光电自准直系统,采用VCdd68E型面阵CCD智能相机作为图像接收器件,利用光学自准直原理实现二维小角度的测量。对智能相机所采集的十字丝图像进行了二值化、小区域消除、亚像素定位等处理,采用最小二乘高斯拟合和直线拟合求边缘中心的方法保证了测量精度。与传统自准直方法相比,该方法在保证原系统精度的基础上,消除了读数误差,提高了系统的便携性,实现了测量的自动化。     

摄像模块感光器中分光膜的研制

随着摄像技术的快速发展,其仪器精度要求不断增加,对元器件的技术要求也相应提高。标准光源作为摄像模块感光器中的重要组成系统,其中利用薄膜技术改变不同亮度、色度的标准光源就成为新的研究热点。本文针对标准光源中对分光膜的技术要求,研制出450-650nm波段中性分光的分光膜。经反复试验,解决了不同亮度的系列分光膜的设计与制备问题,各膜层蒸镀工艺参数差异问题。最终研制出较为理想的高附着力、稳定的分光膜,并同时满足摄像模块可见波段的技术要求。     

单线阵CCD系统的表面凹坑缺陷检测方法

为解决表面凹坑缺陷与其他平面表面缺陷同时在线检测的问题,提出一种基于单线阵CCD系统进行表面凹坑缺陷检测的方法．根据光辐射照射模型和相机成像模型,建立了基于单线阵CCD的凹坑检测数学模型,由模型推导出图像像素灰度与凹坑深度的关系,利用特定光源和光照角度的关系,进行表面凹坑缺陷的检测．结果表明,由于凹坑边缘部位深度的渐变引起CCD输出电压信号的渐变,凹坑图像呈现边缘像素灰度渐变现象,且随光源光照角度的降低,凹坑图像特征更加突出．边缘灰度渐变的图像特征成为凹坑缺陷与其他平面缺陷相区别的重要特征,有利于凹坑缺陷的检测与识别．