多尺度光点图像中心的高精度定位

提出了一种可快速、高精度提取不规则光点图像中心的多尺度光点图像中心定位方法.首先,结合图像形态学处理和阈值分割确定光点图像区域,初步确定光点图像大小;然后,计算不同尺度空间下各光点图像区域的Hessain矩阵,由Hessain矩阵特征值确定的判决系数确定最佳尺度,并确定光点图像中心像素级坐标;最后,根据光点区域周边图像二阶泰勒展开式求解光点图像中心亚像素坐标.仿真和实物实验表明,本文算法抗噪声能力强、可实现不同大小光点图像中心的快速高精度定位.在实物试验中,该方法提取光点图像中心的精度优于0.1 pixel.目前,该方法已在多套视觉测量系统中得到应用.     

激光基准桥梁挠度检测图像处理算法研究

针对桥梁结构健康安全运行自动化检测的需求,利用激光基准的嵌入式桥梁挠度图像式检测原理,设计了透射式靶标的光斑中心检测算法。针对透射式激光靶标光斑中心的高精度实时检测,提出了一套光斑中心坐标的快速读取方法。该方法首先对第一帧光斑图像采用金字塔模型获取其ROI区域;然后,采用基于序列图像块搜索方法快速获取后续图像的光斑图像的ROI区域;最后,在ROI区域内检测光斑的边缘,通过椭圆拟合的方法获取光斑图像的亚像素中心。该算法从应用层面解决了高精度和实时性的矛盾,保证了测量精度和效率。经实测发现:该算法挠度值的测量误差小于0.1像素,数据更新时间小于200 ms,同时满足了高精度和实时性的要求。     

应用像素邻接特性分析的激光边缘图像修复

针对现有边界提取方法用于复杂工业环境的不足,提出了一种应用像素邻接特性分析的光斑边缘图像修复方法.首先,通过对边缘图像的距离变换和连通分量标记得到一张标号图像,该图像把与最近边缘距离低于某一数值的背景像素标注为边缘候选点,其他背景像素标注为独立的连通区域.然后,依据真实边缘的邻接特性对候选边缘候选点重标号,实现断裂边缘的连接.最后,从邻接特性的角度对噪声进行分类并去除,从而完成激光边缘图像的修复.实验结果表明:该方法能有效修复8 pixel的边缘缝隙并去除较大的噪声;引入的中心定位均方根(RMS)误差为0.05 pixel,峰值(PV)误差为0.086 pixel,稳定地保持在较低的水平;单次图像修复耗时小于130 ms,实时性较好;能用于工业在线中心定位检测.     

正交分光成像系统实时多光斑亚像素定位研究

正交分光成像系统在高频动态坐标测量中具有独特优势。针对其在高频测量条件下数据量大,光斑坐标难以实时提取的问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时多光斑峰值位置亚像素定位算法。首先设计与光斑光强分布相近的模板,通过模板匹配解决了原始图像中因噪声导致的峰值抖动问题;其次对匹配后的图像进行阈值比较并生成窗口信号,对窗内像素进行高斯拟合,拟合中心作为光斑峰值亚像素坐标。计算中充分利用FPGA并行处理的特点,采用流水线设计实现了硬件加速。实验表明,该算法可实现对多光斑位置的实时提取,光斑重复定位极差小于0.1像素,标准差为0.014像素,分辨力达亚像素级别。     

利用Hough渐开线变换的齿轮图像中心检测

针对目前基于机器视觉的齿轮参数测量和检测中,获取齿轮中心坐标这一关键步骤缺乏通用性的问题,提出了一种利用Hough渐开线变换的方法。首先,在图像坐标中建立齿轮渐开线齿廓的数学模型。接着,对齿轮的灰度图像进行卷积、边缘检测获得齿轮边缘图像和像素梯度角。最后,对边缘像素做Hough渐开线变换,得到最终的齿轮中心坐标。实验和仿真结果表明,按该方法求得的结果与真实坐标的标准差在1 pixel以内,对齿轮内孔形状无要求,可以作为一种有效的齿轮图像中心检测方法。     

一种多结构光条纹亚像素中心提取方法

在使用结构光方法进行工件或物体的三维信息快速测量中,需要对工件或物体投射多条结构光条纹,快速准确地提取各投射光条的中心是实现精确检测的关键问题之一。文中提出了一种多结构光条纹亚像素中心提取方法,首先扫描整个图像确定光条数目;接着提取各光条的边缘坐标信息;最后利用高斯拟合求取各光线条纹的亚像素中心。实验表明,该方法能有效识别多结构光条纹并提取其亚像素中心。     

高帧频CMOS相机对光通信精跟踪系统影响分析

分析了互补金属氧化物半导体(CMOS)相机作为机载光通信精跟踪系统的位置传感器的优势,采用基于CMOS相机与FPGA研制的精跟踪系统,可实现帧频8 800 Hz的图像采集、数据传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响,给出了对应的数值分析与实验结果。实验结果表明:CMOS相机噪声对光斑坐标x轴、y轴引起坐标的标准差分别为0.291 9像素,0.120 2像素;当相机帧频从2 200 Hz提高到8 800 Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素;外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34-0.71像素。光斑中心算法对跟踪精度影响明显,设计更具针对性的自适应光斑中心算法可以大大改善精跟踪的效果。     

缺乏边缘信息的圆中心定位

针对缺乏边缘信息的圆中心定位无法实现的需求,研究了一种在尺度空间上进行稳定极值区域检测和匹配的方法,首先,双目视觉传感器对图像进行同步采集,对采集的图像利用高斯卷积核函数建立高斯差分尺度空间,按照尺度空间极值区域检测原则在高斯差分尺度空间上进行稳定极值区域检测,对检测得到的区域进行椭圆拟合得到区域的中心,即圆的中心,根据极线约束重建圆的三维空间位置。实验结果表明,该方法克服了现有方法无法在缺乏边缘信息下对圆中心定位的缺陷,具有较高的鲁棒性,可以适用于在各种复杂工况下的圆的中心定位,定位精度在0.15mm以内。     

基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法.按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散.高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位.在星像点噪声为N(0, 1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致.仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法.     

起重机轨道测量激光光斑中心识别与定位算法

在轨道测量装置中,激光光斑中心检测算法的精度和速度直接影响轨道测量效果,传统的中心算法如灰度质心法、Hough变换等在检测精度或速度上存在不足。文中提出了一种基于高斯积分曲线拟合的光斑中心定位算法,在光斑降噪、特征增强的图像预处理基础上,插值拟合光斑灰度曲面,进行边缘计算、追踪及细化,得到光斑的像素级边缘点,计算其法向等距线及高斯积分拟合点,并通过贝塞尔曲面拟合其对应灰度值,再采用高斯积分曲线拟合得到亚像素级边缘点,对亚像素边缘点进行圆拟合方法最终确定光斑中心点。与灰度质心法、Hough变换椭圆中心法相比,此算法的拟合精度较高,抗干扰性好,达到了实验室环境下轨道测量的精度要求。     

V型焊接坡口中心的高精度提取方法

焊缝跟踪精度对焊缝成形质量有很重要的影响,V型坡口是一种最常见的焊接接头。提出了一种提高激光视觉机器人跟踪V型坡口精度的软件措施,介绍了提取V型坡口中心亚像素级坐标的方法。采用多尺度的LOG(Laplacian of Gaussian)算子检测焊接坡口特征边缘,在分析图像灰度直方图的基础上选取适当的阈值进行二值化。用曲率极值的角点检测法从细化后的图像中提取焊接坡口中心点像素级图像坐标,然后对此点邻域的梯度值进行拉格朗日多项式插值求得亚像素级坐标。实验结果表明,该方法简单可行,能满足机器人焊缝跟踪的实时性要求。     

一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法

近年来,随着工业机器人技术的不断完善,利用相机与激光测距仪结合测量的应用不断增多。为了使两者之间配合的更加便利,两者之间的标定是必不可少的。本文提出了一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法,以双目相机光心为原点,建立相机坐标系。将单点激光测距仪光点打到标定板上,并在标定板上形成光斑,通过灰度重心法提取光斑中心像素点,利用双目相机的内参矩阵及深度数据获取光斑点的三维坐标值。然后利用两个三维坐标点建立公式求取外参参数的粗略解,同时通过相机坐标系下多个光斑点的三维坐标建立约束方程,并利用优化算法对约束方程进行优化,得到精确的外参参数值。该方法做法简单,且对标定器件无特殊要求,通过该方法得到的外参参数精度高,鲁棒性好。实测结果表明,通过该算法得到的外参参数进行重投影后,平均相对误差小于0.30%,能够应用于实际生产过程中。     

基于二维各向异性高斯拟合评价探测相机的成像质量

为了定量评价探测相机的成像质量,提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标,形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合,得到其高斯半径、异化因子等参数;对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示:相关度的引入,实现了背景阈值、异性因子的自动优化,减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响;而异性因子的引入,对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响,均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示:弥散斑等效面积圆直径测试重复性在"十"字工况吸收为0.15pixel,在"田"字工况下为0.19pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定,很好地控制了探测相机的成像质量。     

光笔式视觉坐标测量中控制点光斑图像的识别

介绍了一种光笔式单摄像机便携三维坐标视觉测量系统。在分析该系统成像特点的基础上,提出了一种控制点椭圆形光斑图像的数字识别方法。常用的方法是在CCD摄像机镜头上加滤光片来隔离背景干扰亮斑图像,该方法以光笔上被测控制点在摄像机CCD像平面上的光斑图像轮廓所占像素个数为基准, 剔除过大和过小的图像轮廓,进而采用基于椭圆线轮廓度误差的评定方法实现控制点椭圆形光斑图像的识别。给出了该方法的具体算法,实验结果表明该方法简单方便,易于实现,检测速度较快,适用于圆形被测控制点的视觉检测系统,具有一定的理论意义和工程实用价值。     

基于改进 Canny 算子的锂电池极片表面缺陷检测

针对目前锂电池极片表面存在低对比度微小缺陷难以检测的问题,提出了一种基于改进Canny算子的锂电池极片表面缺陷检测方法。首先,使用双边滤波改善高斯滤波在降噪时可能造成的图像边缘模糊问题,并在此基础上引入多尺度细节增强算法来增强低对比度图像;其次,基于Sobel算子的3×3梯度模板计算极片图像的梯度幅值和梯度方向;最后,基于最大熵和Otsu算法自动获取图像的高、低阈值,通过逻辑与运算对两种算法阈值分割后的检测结果进行边缘融合,并利用形态学闭运算和细化算法修复不连续边缘,得到最终检测边缘。实验结果表明,传统Canny算子和Otsu-Canny算法难以有效检测不同类型的暗斑、露箔和划痕缺陷,而本文算法对这些缺陷均取得了较好的检测效果,能够在突出目标缺陷区域的同时,有效减少同色度背景噪声,正确检测率达98%,具有一定实用价值。     

分块非线性加权在车灯检测仪校准器光轴角测量中的应用

针对传统光轴角测量系统中人为因素干扰导致的重复性能降低等不足,设计一种基于图像处理技术与高精度电控转台相结合的自动测量方案。分析了照明光斑光强分布特性,提出了一种基于图像区域分割的最优非线性加权的特征点提取算法。该方法根据光强与灰度的线性关系,将光强量化到3个区间。然后分析灰度因素在特征点定位中的影响;针对不同区间应用局部最优加权法则以实现局部最优化处理。最后,利用光轴偏转角与特征点在像面上位移的对应关系,计算得到光轴角测量值。开展了光斑特征点重复性实验并分析了光轴角检测精度,结果表明:该系统在不同光强、不同角度条件下重复性好,测角精度优于60.18″。与激光光源的光轴角测量实验对比,该算法在光斑光强分布不均的条件下仍能完成稳定且精确的光轴角测量。     

兼顾热轧工艺润滑的工作辊磨损预报模型

通过对某1700热连轧厂润滑轧制中轧辊磨损主要影响因素的研究,提出了包含润滑项的工作辊磨损预报模型,并采用模拟退火遗传算法估算模型主要参数。现场运用结果表明,该工作辊磨损模型结构及其模型参数能够兼顾热轧润滑和非润滑工况,提高了工作辊磨损的预报精度,满足在线运用需求。
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视觉测量系统的相机校准

提出了一种利用虚拟立体校准模板的有效相机校准技术.通过红外发光二极管按照预定路径在三坐标测量机上移动,构成精确的虚拟立体校准模板.校准过程中考虑了径向畸变和切向畸变.采用二次高斯曲面拟合,精确地提取像点的质心坐标.校准过程包括线性参数估计和基于最大似然估计的非线性校正.首先采用线性方法对部分参数进行初始估计,然后再通过基于最大似然估计的非线性最小化获得所有的参数值.该方法可精确获取图像点坐标和空间点坐标,能够实现快速、有效收敛.实验结果表明,该校准技术能够满足视觉测量系统的要求,也可以满足视觉测量系统对相机参数的特殊要求.     

应用迭代圆环像素率法实现快速虹膜定位

针对虹膜定位易受噪声影响、速度慢、自适应性差等问题,提出了基于迭代圆环像素率法的快速虹膜定位算法。提出的定位算法包括切割虹膜图像、Hough圆检测粗定位、微积分算子精定位3个部分,从切割虹膜图像、图像抽样、迭代圆环像素率法、快速Hough圆检测以及分层定位思想5方面提高算法的速度。提出了缩小半径范围的迭代圆环像素率法以及消除瞳孔光斑的形态学方法,瞳孔分割阈值以及小范围的圆心、半径候选集等参数都是通过计算得到,自适应性好。使用4个虹膜数据库进行实验,并与相近算法进行了对比。实验结果表明,该算法的定位准确率为97.75%～99.07%,定位时间为52.847～158.502 ms,是一种鲁棒、快速、自适应的虹膜定位算法。