基于图像测量技术的位移检测系统的设计

介绍一种基于图像测量技术的位移检测系统。系统由ADNS9500芯片上的COMS图像传感器采集被测物体表面图像信息,再经过内置的DSP处理器,对采集的图像进行匹配运算,输出数字位移信息,通过SPI通信传递给AVR单片机,由AVR单片机再处理并实时显示输出。为了提高COMS图像传感器与被测物体表面的距离,设置了外加激光源及光学透镜组件,使COMS图像传感器与被测物体表面的距离达到10～15cm,并且得到较高的精度。系统能够很好的实现非接触测量的目的。     

浅谈激光检测系统在发动机装配过程的应用

激光检测技术应用广泛,如激光干涉测长、测距、测速、扫描等等。激光测量是一种非接触式测量,不影响被测物体的运动,精度高、测量范围大、检测时间短,对被测物无损伤。用非接触式的激光检测方法在发动机装配缸盖分装线的气门锁木压,装后的检测所得结果可供后续之位判断及调查。     

基于图像传感器的激光测距方法研究

针对传统接触式测距方法的局限性,介绍了一种根据光学三角法利用图像传感器近距离测距的方法。通过半导体激光器发出的光经过物体反射成像在CMOS图像传感器的光敏面上,接受到的激光光斑图像通过接口传到主机,利用Matlab进行分析处理计算,得到被测距离。通过搭载模拟实验平台,验证了该方法的可行性,并且简单易于实现,有较高的实用价值。     

机械零件二维几何尺寸和形状检测系统研究与开发

针对传统接触式尺寸测量方法的缺点,探讨利用单目视觉测量系统对被测工件进行尺寸测量,为产品的尺寸测量提供实时、快速、有效、经济的测量途径.首先,视觉系统获取零件图像,并对图像进行滤波处理;然后,提出采用Canny六阈值法进行边缘提取,得到完整的边缘图像;最终,利用最小二乘法拟合出机械零件的边缘形状,并通过计算获得零件的几何尺寸.实验表明该系统所得到的零件边缘图像清晰,多个几何尺寸的测量精度符合要求.与传统测量方法相比提高了检测零件的效率和精度,大大扩展了测量范围,从而充分体现了机器视觉测量的优点.     

高精度图像测量系统

图像测量系统的测量原理是通过处理被测物体图像的边缘而获得物体的几何参数。为提高图像测量系统的测量精度,本文提出了一种具有保持特征和滤波功能的十字窗口边缘自动检测算法。该算法能有效地抑制图像边缘检测中的噪声,并且能对非均匀照明的图像进行自动变阈值设置,从而能准确地检测出图像边缘。并在此基础上,又提出了以多项式插值为原理的新的亚像元边缘检测算法,使图像测量系统的CCD摄像机的分辨率提高约60倍。     

基于双目立体视觉的低频振动测量

为了满足物体振动的测量要求,基于双目立体视觉测量的原理,设计了一套可以在线采集、离线处理的非接触式低频振动测量的视觉系统。通过滤波去除噪声,采用Canny算子和最小二乘法椭圆拟合提取到标志点的轮廓和中心坐标,在已知特征点的空间分布规律的条件下,通过相应的坐标排序方式,对左右视图对应特征点进行准确的匹配,获得了特征点的三维坐标数据。最后对比每一帧图像中对应特征点三维坐标数据,得到待测物的振动信息。通过直线导轨作为振动源带动待测物运动的方式进行了测量实验,实验结果显示,该系统的检测精度达到±0.15mm/m以上,基本满足低频振动测量的稳定可靠、精度高等要求。     

基于Halcon的动臂孔组同轴度检测方法研究

针对装载机动臂孔组同轴度误差传统测量方法存在较大的人为误差且测量效率低等问题，设计基于机器视觉的同轴度误差在线检测系统。该系统使用Labview中的视觉模块设计系统检测界面并联合视觉算法库Halcon完成对同轴度误差的在线检测；采用全局固定阈值算法进行图像分割，基于形态学的Canny算子边缘检测方法对图像进行形态学处理获得其边缘区域；基于XLD形状选择的最小二乘算法对图像边缘进行拟合圆处理，获得圆搭外圆的边缘特征信息及圆心坐标，进而通过分析计算得到该组孔的同轴度误差。实验表明：该系统检测方案满足工业生产的精度要求，且检测效率优于传统测量方法，适合于大批量的非接触式测量。     

测距反射片测量精度的实验研究

工程测量中,通过直接粘贴在被测物体表面的测距反射片与免棱镜全站仪结合,即可实现距离测量。而以不同的入射角度和不同的竖直角观测时,测距精度会受到一定的影响。通过设计实验模型,对全站仪在反射片条件下的测距精度进行实验研究,找出在何种观测条件下可以取得较好的精度,并对实验数据进行分析,得出一些对工程实践有参考价值的结论。     

基于AFM的微位移测量新方法研究

提出了一种测量物体微位移的新方法。原子力显微镜作为测量工具,样品和扫描器置于待测物体上,物体每移动一定距离就由AFM扫描获得一幅样品图像,由此获得一系列连续的序列图像。采用模板匹配方法检测相邻序列图像的偏移,从而可计算出物体的微位移。实验结果表明,用该方法还可实现物体二维方向的微位移测量,且精度达到纳米量级。     

基于深度学习的电梯平层精度检测系统研究

电梯是日常生活中必不可少的一种交通工具,电梯平层精度的测量可以有效减少电梯事故的发生,为了实现对电梯平层精度的快速准确检测,开发了一套基于深度学习的电梯平层精度检测系统。系统将刻度尺安装在电梯停留时电梯井道的相应位置,在每个楼层安装一个刻度尺并进行校准,在电梯轿厢底部安装激光传感器、工业相机和光源,通过激光传感器对电梯轿厢位置在刻度尺上进行精准定位,通过在电梯轿厢底部安装光源以获取高质量的图像,通过工业相机获取实时获取激光线所在位置的图像信息。实验过程中共采集500张图像数据,通过随机旋转、镜像、裁剪、添加噪声等数据增强方式将图像样本数据扩充至5000张,通过开源软件LabelImg辅助标注工具对每张图像中的激光线和激光线最临近的刻度值进行标注,对标注的图像进行转化为可用于训练的电梯平层精度检测数据集,再将数据集按照4∶1划分为训练集和测试集,最后利用YOLOv3目标检测算法对刻度线图像数据集进行训练并测试,实现对激光线和激光线最邻近位置数字的检测和识别。在测试集中随机选取10组图像进行测试,采用该检测方法对电梯平层精度进行检测,对实验结果进行分析准确率高达90%。该系统的研究实现了电...     

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距.该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置.对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像.利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm.实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm.结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点.     

图像技术在微小零件几何尺寸测量中的应用

介绍了一种基于CCD图像的微小零件几何尺寸测量系统;给出了利用数字图像处理技术进行几何尺寸非接触测量的方法,主要包括图像的采集、预处理、二值化、边缘检测及轮廓提取等,从而得到被测物体参数的精确结果,并对测量精度进行了分析。通过实例证明了该方法的可行性和正确性。     

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。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

单目摄像机线性模型可靠性分析与研究

要利用摄像机进行高精度的非接触式测量,通常在线性模型的基础上采用单目摄像机进行光学标定、成像、校正和测量,其中常用的针孔相机模型的可靠性及适用范围鲜有报道,为此对目前广泛采用的线性模型的可靠性进行分析与研究。根据单目摄像机成像特点,建立基于图像像素坐标与三维世界坐标的摄像机数学模型,利用自制模板进行视觉测量实验,并通过亚像素角点检测方法得到图像像素坐标,在不考虑光学畸变的情况下,对模板线段进行特征提取和线性度分析,并不断调整测量距离进行重复实验。实际针孔相机模型测量结果显示相对误差不超过1%,在该模型下的重复测量误差最大不超过0.3 mm,并进一步提出了该模型在不同区域和不同物距下存在的测量差异。实验结果显示,线性模型简单实用且在一定物距范围内具有良好的线性度。实验结果为针孔相机模型的建立提供了参考。     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

Automatic circle pattern extraction and camera calibration using fast adaptive binarization and plane homography

A method to detect calibration patterns using fast adaptive binarization and plane homography for images having complicated backgrounds and taken under lighting condition of industrial fields is proposed. The preprocessing step of involving the calibration of a camera, as required to measure object dimensions, must be able to extract calibration points from a calibration pattern. However, proper lighting conditions for the camera calibration of a measurement system are rarely provided in industrial settings. In this paper, a plane homography of calibration points extracted by fast adaptive image binarization is used for the automatic detection of a local set of calibration points. The integral image method is used as a central part for the rapid processing of adaptive image binarization. The extracted point set provides a transformation matrix of the plane homography and guides the extraction of other calibration points for cluttered backgrounds with irregular lighting conditions. During the calibration of the camera, a calibration point filtering procedure by a data In/Out system iteratively selects more correct calibration points while rejecting outliers and noisy data. Experiments using actual images verify that the proposed method can be applied to camera calibration with poor quality images having cluttered backgrounds obtained under uneven illumination.     

A New Method of Non-Contact Measurement for Microtopography in Semiconductor Wafer Implementing a New Optical Probe Based on the Precision Defocus Measurement

In this paper, a new method of non-contact measurement has been developed for 3D topography for a semiconductor wafer, implementing a new optical probe based on precision defocus measurement. The developed technique consists of the new optical probe, precision stages, and the measurement/control system. The basic principle of the technique is to use the reflected slit beam from the specimen surface to measure the deviation of the specimen surface. The defocusing distance can be measured by the reflected slit beam, where the defocused image is measured by the proposed optical probe, giving very high resolution. A distance measuring formula has been proposed for the developed probe, using the laws of geometric optics. A precision calibration technique has been applied, giving about 10 nm resolution and 72 nm four-sigma uncertainty. In order to quantitise the micro pattern on the specimen surface, some efficient analysis algorithms have been developed to analyse the 3D topography pattern and some parameters of the surface. The developed system has been successfully applied to measure the wafer surface, demonstrating the line scanning feature and the excellent 3D measurement capability.     

精密测角法的线阵CCD相机几何 参数实验室标定方法

建立了线阵CCD相机几何参数标定系统,对该标定方案所用的设备、实验条件、基于精密测角法的算法和精度进行研究。根据标定精度要求,确定了实验室主要测试设备和环境条件。利用高精度二维转台和CCD细分技术测得被标定系统的一系列视场角和对应像高。最后,利用建立的数学模型,应用最小二乘回归的方法,求得相机几何参数。误差分析结果表明:该方法对主距主点的标定精度可以达到μm级,相对畸变的标定精度可以优于1×10^-4。该方法可以满足线阵相机的高精度几何标定要求,具有较高的实际应用价值。     

双目视觉检测技术在自由曲面测量中的应用

提出一种由三坐标测量机和视觉形貌测头组成的自由曲面非接触测量系统。利用虚拟三维靶标完成了包括水平方向不确定比例因子和主点坐标在内的摄像机各项参数的标定。对圆柱正截面和量块表面的测量试验验证了该测量系统对自由曲面和金属强反射表面测量的可行性。