轨道测量装置激光光斑中心定位

在研制轨道激光测量装置的基础上,文中对比了激光光斑中心图像处理常用算法,提出了一种精度满足要求的光斑中心计算方法,构造了形态级联滤波器和高斯滤波器,对光斑图像进行去噪和光滑预处理。为充分利用光斑灰度光强分布特性,采用OTSU算法和最大光强确定了阈值区间,以指数函数进行非均匀阈值分割得到一系列二值光斑图像。在质心法初步确定光斑中心后,对其边缘提取图像进行Hough变换得到一系列中心点样本,然后采用K-means算法获得聚类中心,通过BP神经网络拟合的坐标函数对应关系,求出中心的实际坐标。该算法在测量小车坐标屏幕上进行了试验,其误差能够满足现场测量要求。     

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。     

旋转测量状态下光斑中心定位方法

目前,对管道内腔为自由曲面的截面轮廓进行高精度测量是行业难题。拟将多个不同测量范围的激光位移传感器放置于管道内腔中,采用旋转的方式对内腔进行测量,将得到的测量数据进行归一化处理后获得被测管道内腔截面轮廓形状。分析测量过程中激光光斑的变化情况,针对光斑图像的多峰、散斑、平顶与形状变化等现象,提出了一种基于传统灰度重心法进行粗定位的距离倒数加权多项式插值亚像素光斑中心定位方法。采用中值滤波对光斑图像进行预处理,通过自适应阈值分割法从环境背景光强中分离出光斑中心定位区域。通过MATLAB仿真与灰度重心法、加权灰度重心法与高斯拟合法传统光斑中心定位方法相比,结果表明,光斑中心定位精度达到0.01 pixel,在激光光斑中心定位精度和稳定性方面有一定的改善,明显优于传统的光斑中心定位算法。     

齿轮表面倾斜对测量精度的影响及校正

为了满足应用激光位移传感器进行位移测量时的精度要求,分析了齿轮表面倾斜对激光位移传感器测量精度的影响。根据探测器信噪比与输出灰度值成正比,提出了光斑分布非线性加权和线性插值联合的重心校正算法,使高灰度值像素在光斑重心定位的贡献总体增大,其增长规律具有非线性特征。经量块组合实验表明:当物面粗糙度Ra小于0.4μm时,本校正法相对于传统的灰度重心算法,在物面倾斜角小于35°时位移测量精度能提高40%以上,在物面倾斜角为47°~75°时位移测量精度能提高30%以上,有效地减小了物面倾斜引起的位移检测误差。     

光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

纳米分辨微小光斑光强分布检测系统设计

介绍了现有的微小光斑测量技术,针对纳米分辨率检测精度要求,对纳米分辨微小光斑光强分布检测技术进行深入研究,设计和构建了具有纳米分辨的微小光斑光强分布检测系统。利用该检测系统进行了低数值孔径弱聚焦下所形成的微光场光强分布检测实验,得到较好的光强分布图。实验结果表明,该检测系统具有可靠性高、稳定性好、便于操作等优点。     

一种基于Harris特征点检测的改进算法

针对Harris角点检测算法存在对含有噪声的图像角点检测不准确的问题,为降低噪点对角点检测的干扰和提高角点检测的精准度,提出了一种改进算法,通过在Harris算法设置的局部移动窗口中加入一种加权系数自适应的加权均值滤波,其加权系数由像素灰度值决定。通过实验证明,该方法可有效减少伪角点的形成,同时具有良好精确度和检测速度。     

基于角点检测的高精度点匹配算法

针对多光谱、多传感器遥感图像的自动配准,本文提出新的基于角点检测的高精度点匹配算法.该算法充分利用图像的点特征以及灰度和位置信息,先由Harris算子检测得到待匹配的角点集合,随后采用局部灰度相关进行粗匹配得到多对多匹配对,然后进行迭代由精匹配得到一对一的匹配对,最后利用角点间距离比进行全局一致性检测,进一步保证匹配的准确率.初步实验表明,本算法对于存在仿射变换的遥感图像可以精确自动匹配,其精度和速度都优于传统的点匹配算法.     

基于动态权重PSO算法的眼科OCT设备横向分辨率检测

眼科光学相干层析成像(OCT)设备的横向分辨率检测易受光斑噪声和干涉条纹影响,为提高横向分辨率检测精度,提出一种基于动态权重粒子群优化(DWPSO)算法的眼科OCT设备横向分辨率检测方法。通过构造动态权重因子对局部PSO算法进行改进,构建了DWPSO算法;建立了光束光强分布模型,采用DWPSO算法辨识模型参数并获得光束宽度,应用最小二乘算法拟合光束宽度得到数值孔径,用于实现眼科OCT设备横向分辨率检测。实验结果表明:DWPSO算法与其他相关算法相比较能够快速得到光束光强分布模型的全局最优解;被测眼科OCT设备在近焦点位置的横向分辨率为18. 21μm,远焦点位置的横向分辨率为49. 91μm,该横向分辨率检测方法使光斑噪声和干涉条纹的影响有效降低,具有较好的噪声鲁棒性。     

采用环形模板的棋盘格角点检测

曝光过度和镜头畸变将分别导致棋盘格角点分离和角点局部区域不对称现象。现有的角点检测算法通常难以准确提取棋盘格角点。此外,在复杂背景下,现有角点检测算法也极易出现错误。针对上述问题,本文提出了一种图像坐标系下的基于环形模板的棋盘格角点检测算法。首先,通过分析得出棋盘格角点附近的灰度分布应满足一定的对称性和灰度交替性等性质,进而得出环形模板卷积后的图像应满足的性质。而后,利用该性质来定义并提取棋盘格角点,使提取的角点直接达到亚像素精度。实验结果表明：本文提出的棋盘格角点检测算法在曝光过度,镜头畸变和复杂背景情况下,均能取得较好的棋盘格角点检测效果。将该算法应用于实际摄像机标定,实验结果显示重投影误差在0.3个像素以内。     

改进的精密测角法标定面阵摄像机参数

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法,标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系,在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响,并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计,从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示,当图像特征提取精度为0.1pixel,二维转台精度为0.5″时,主点标定精度可以达到0.56pixel,焦距标定精度可以达到0.06mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定,通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差,可知本文算法的误差是经典精密测角法的68.6%,由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

基于机器视觉的工件角度测量方法

工件角度测量方法是一项利用机器视觉技术的角度测量技术,可实现快速、非接触式测量。同时克服了人为因素。以角度块规为研究对象,首先利用亮度特征和。诲u法实现零件彩色图像灰度化和灰度图像二值化。其次利用面积法去噪和边缘提取减少噪声对后续处理的影响和提高处理速度。再次利用边界点法提取零件边缘的临界点并剔除多余的临界点即可确定三个顶点的位置坐标。最后利用倾斜角关系确定三个角度值及位置关系。试验表明。该算法可以实现了工件多角度一体化测量,实现了快速、非接触测量,满足当前工件角度检测要求。     

Three-dimensional surface profile measurement of a cylindrical surface using a multi-beam angle sensor

To investigate the application of the multi-beam angle sensor (MBAS) to high-precision optical aspheric and freeform surfaces, which are critical components in optical systems, we present a method of using an MBAS to reconstruct an aspheric surface from angle data. The MBAS is based on a multi-autocollimator system with a microlens array, which can split the beam into several spots and can convert centroid detection of the light intensity into an angle measurement. The MBAS is designed to address the curvature-range problem via a circumferential scan better than other methods and automatically eliminates the tilt error caused by rotation of a workpiece. Using a tracking technique, the MBAS can automatically determine focal spot positions from the centroid measurement of the light intensity. This is directly related to the accuracy of the angular difference measurement. The experimental results confirm the feasibility of using an MBAS for 3D surface profile measurements of cylindrical surfaces.     

基于场曲的物像间曲直面的换算及其应用

从点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推理得到仅有场曲像点的光强和位置的计算式,进而分析探讨了基于场曲的物像间曲直面的换算原理与方法及其应用。该方法有利于光学设计中对场曲进行像差平衡与校正、光学加工中对场曲的检测与修正、数码成像时做场曲的电子校正以及虚拟测量中的曲直面换算等。     

多尺度光斑中心的快速检测

分析了光斑图像成像特点和理想光斑灰度分布模型,针对含有多个不同尺度光斑的图像,提出了一种可以在复杂环境下一次性快速检测出多个光斑中心的方法。该方法基于高斯模糊后光斑中心不变的性质,先对含有大量光斑的图像进行快速多级高斯模糊,构建其高斯尺度空间;然后,使用加速的非极大值抑制方法在尺度空间内寻找多个尺度的局部极值,初步确定各光斑中心的像素级坐标;最后,联合这些坐标的邻域像素,拟合局部曲面,得到光斑中心的亚像素级精确位置。利用仿真实验和实物实验验证了提出方法的有效性。结果表明:该算法对640pixel×480pixel图像,处理时间仅需50ms,每千个光斑的平均检测时间为23ms,在复杂环境下正确率可达89%。此外,该方法对弱光斑较敏感,适合快速处理含有大量不同尺度光斑的图像,并能够有效减少光斑的错检和漏检。由于检测速度快,自适应性强,在实际应用中取得了良好的检测效果。     

高精度测量光学玻璃折射率的一种新方法

摘要: 准确测量光学玻璃的折射率已成为了保证光学系统成像质量非常重要的环节。本文介绍了光学玻璃折射率测试方法和国内外发展现状。提出了一种利用测量棱镜三个顶角所对应的三个最小偏向角的折射率测量新方法,该方法的特点是测量精度随被测光学玻璃的折射率增大而提高。在精度0.5²的测角仪上,折射率测量精度高于1x10-6。文中推导出了新方法的计算公式,并对精度做了理论分析。该方法由于测量精度高,有较好的应用前景。     

An optical sectioning programmable array microscope implemented with a digital micromirror device

The defining feature of a programmable array microscope (PAM) is the presence of a spatial light modulator in the image plane. A spatial light modulator used singly or as a matched pair for both illumination and detection can be used to generate an optical section. Under most conditions, the basic optical properties of an optically sectioning PAM are similar to those of rotating Nipkow discs. The method of pattern generation, however, is fundamentally different and allows arbitrary illumination patterns to be generated under programmable control, and sectioning strategies to be changed rapidly in response to specific experimental conditions. We report the features of a PAM incorporating a digital micromirror device, including the axial sectioning response to fluorescent thin films and the imaging of biological specimens. Three axial sectioning strategies were compared: line scans, dot lattice scans and pseudo-random sequence scans. The three strategies varied widely in light throughput, sectioning strength and robustness when used on real biological samples. The axial response to thin fluorescent films demonstrated a consistent decrease in the full width at half maximum (FWHM), accompanied by an increase in offset, as the unit cells defining the patterns grew smaller. Experimental axial response curves represent the sum of the response from a given point of illumination and cross-talk from neighbouring points. Cross-talk is minimized in the plane of best focus and when measured together with the single point response produces a decrease in FWHM. In patterns having constant throughput, there appears to be tradeoff between the FWHM and the size of the offset. The PAM was compared to a confocal laser scanning microscope using biological samples. The PAM demonstrated higher signal levels and dynamic range despite a shorter acquisition time. It also revealed more structures in x - z sections and less intensity drop-off with scanning depth.     

强度渊制光纤位姿传感器的检测性能提高技术

本文研究了强度调制光纤传感器的反射信号检测技术，提出基于直扫描光电二极管阵列(SSPA)取样积分的时域光强检测方法，它具有信号处理简单，有效抑制环境光和电路背景噪声影响的特点．该方法的实施有效地提高了强度调制传感器的测量精度和稳定性。