基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

高分七号卫星足印相机激光光斑中心定位方法研究

使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。     

利用照度测距圆重叠区重心估计的可见光室内定位方法研究

基于点光源照度函数测距原理,提出了一种利用相对照度测距圆重叠区重心估计的定位方法。通过探测器与光源投影点的照度比来测量探测器与光源投影点之间的距离,并建立以投影点为圆心的测距圆方程;将三测距圆的公共重叠区域的重心作为探测器位置的估计值,求出该公共重叠区域重心位置即可实现定位;实验中以LED模拟点光源,采用所提出的方法,定位误差约为3.51cm。实验验证了本方法可实现快速、精确地室内定位。     

基于最优非线性加权的光点定位方法

对传统的光点信号定位方法作了理论分析,讨论了各种方法的目标函数与优化过程。在此基础上,提出了一种基于最优加权的光点定位方法,使得像素的灰度对光点定位的贡献达到最佳。传统的方法均可看作是此方法理论框架下的特例。理论和实验表明该方法优于传统的方法。     

基于重心算法的结构光投影技术研究及应用

本文提出了一高精度查找非相干结构光中心位置的重心算法.根据此算法,对台阶投影法和狭缝投影法两种非相干结构光的投影技术进行了探讨,并对两种投影方法的精度进行了检测与分析.经检测证明了台阶投影法具有精度高和适合于非对称、不规则旋转体的形状测量等优点,特点是它解决了传统的结构光法中难以测量的大梯度面形的测量问题.本文利用重心算法和台阶投影法,对面形不规则的柴油机活塞头及流道进行了全三维形貌测量,给出了测量的结果,证明了该重心算法和投影方法的可靠性.     

基于残差修剪的激光光斑高精度定位方法

为满足复杂靶标背景下激光光斑形心的高精度定位要求,提出了一种基于几何特征约束残差修剪的定位方法.首先通过分析成像特点提取激光光斑;然后在几何特征约束下对残差边缘进行二次修剪,优化边缘;最后利用最小二乘拟合法得到激光光斑形心的精确定位,并将其应用于火炮的重要静态参数--弯曲度测量.实验结果表明,该方法具有较强的稳定性,定位精度高且实时性好,与传统的定位方法相比,复杂靶标上激光光斑的水平和竖直定位偏差均由±1.2 pixel提高到±0.2 pixel,单次定位时间小于0.31 s,可实现复杂靶标背景下激光光斑形心的快速精确定位.     

LAMOST现场光纤位置检测方法研究

LAMOST(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)要求通过非接触测量快速准确地获得光纤端部的中心位置。在研究光斑中心提取技术的过程中,提出了一种改进的光重心方法,包括图像卷积预处理、用标准差迭代的方法取背景值和减背景后非线性加权获得光斑特征点。有效地抑制了边缘点对中心位置的影响,提高了在大视场多目标光纤条件下提取光斑特征点的精度,并通过数据模拟、实验室和现场实验进行了验证。     

基于Si-PM阵列的辐射作用位置定位方法研究

在辐射成像中准确估计射线与探测器相互作用的空间位置是保障成像质量的关键步骤。为进一步提升辐射作用事件的定位效果,有效抑制重心法在辐射事件作用位置靠近探测器边缘时造成的定位偏移,针对Si-PM阵列构成的位置灵敏探测系统建立了基于响应函数的定位算法。搭建了基于CsI阵列与Si-PM阵列构成的位置灵敏探测器和基于ASIC的电子学读出系统,使用等效电阻网络简化了Si-PM阵列的输出信号数量, 通过实验获得了辐射事件在Si-PM阵列上的响应函数。实验结果表明,在同一条件下使用响应函数法在最边缘像素散点的FWHM仅为使用重心法获得FWHM的46.2%,与中央像素散点的FWHM相当,基于响应函数的辐射事件方法定位效果明显优于传统重心法的定位效果,可有效克服重心法的边缘效应。     

椭圆目标的亚像素边缘定位方法研究

分析和比较了三种常见的基于矩的亚像素边缘定位方法,得出三种方法获取的边缘角度以及OFMM法与ZOM法获取的亚像素边缘相同的结论。提出了一种针对椭圆目标的亚像素边缘定位方法。在ROI提取和SOBEL算子初步检测边缘的基础上,利用初步获取的椭圆目标的几何信息,将参与计算的模板个数减少至一个,从而大大减少了运算时间,提高了算法的运算速度。同时实验结果表明,与其他基于矩的亚像素边缘定位方法相比,新方法不仅有更高的运算速度,而且精度和抗噪性能都有很大地提高。     

基于WPS/GPS/MIMU组合的无缝定位技术研究

低成本、低精度的微型惯性测量组合(MIMU)虽然能完全自主地输出定位信息,但是随着时间的积累,本身的误差将会变大,即只能够在短时间内保持高精度;而全球定位系统(GPS)存在着如室内环境下无法有效提供连续定位信号的缺陷;因此将GPS和惯性导航结合起来,再加入无线定位系统(WPS)达到了无缝定位的要求;文章根据不同的定位场景,设计了相应的解决方案,并采用WPS/GPS/MIMU的组合方式来实现无缝定位;最后基于各误差系数设计了轨迹发生器和卡尔曼滤波器,并对GPS不稳定时的无缝定位系统进行了数字仿真;结果表明,与传统的定位方式相比,此方法增加了定位的适用范围,达到了无缝定位的要求。     

Non-iterative spot center location algorithm based on Gaussian for fish-eye imaging laser warning system

The directional accuracy of threaten laser is highly dependent on the laser spot center location accuracy for the laser warning system. On the basis of analyzing the spot features on wide field of view (FOV) fish-eye imaging laser warning system, a refinement of existing methodology based on fitting a 2D Gaussian distribution for estimating the center of the spot is developed. The proposed procedure is using a linear least squares based algorithm to determine the best-fitting parameters of the Gaussian. However, in contrast to the standard Gaussian Fitting procedure, this new scheme gives rise to equations that are rigorously linear in the transformed unknown parameters which can be solved easily by linear least squares estimators. To validate the accuracy of the proposed algorithms, experimental approaches with a type of laser warning detector and simulated threaten laser in laboratory are used to quantify its performance. The experimental results show that this method outperforms significantly the commonly used location technique. It is less susceptible to the non-100% fill ratio of CMOS and large unsymmetrical optical aberration of fish-eye lens. The positioning precision in paraxial region and 80° incident angle region are 1/60 pixels, 1/30 pixels respectively. The biggest error is less than 1/20 pixels. The proposed method is suitable for wide FOV laser warning system for high accuracy and low computational complexity.     

重心法在光电信号处理中的应用

为了测定光纤出射光斑坐标的位置,让光耦合进一根光纤,在光纤的另一端对出射的光斑用线阵ＣＣＤ进行扫描。针对接收到的一维方向上的光电信号数据,分别采用了最大值法、截止电压法和重心法进行处理,并对它们的结果进行了比较和分析。实验结果证明由重心法得到的信号位置具有重复精度高、稳定性好等特点。     

正交光楔激光远场焦斑测量方法

为验证正交光楔激光远场焦斑测量方法在提取光斑高频组分、扩展CCD测量动态范围和减小光束质量测量误差等诸方面的有效性,以常用的光束质量因子作为衡量新方法有效性的指标,建立离焦光斑强度分布理论模型并搭建相应的实验平台进行实验验证。验证结果表明:新方法与传统远场测量方案相比,使实验所用CCD的测量动态范围拓展了约9倍,实际光斑远离中心主核区域的大量高频旁瓣分布特征从CCD背景噪声起伏中凸显出来,光束质量因子的测量平均相对误差也有约16%的精度改善。     

基于相关因子的无衍射光斑图像定中算法

为实现无衍射光斑作为直线基准在复杂噪声背景下精确定中, 提出了一种基于相关因子的无衍射光斑图像定中算法。该算法先根据光强重心理论计算光斑中心的大致位置, 再将光斑图像转换成极坐标系下的灰度图, 并生成角频率与光斑图像空间频率相同的离散周期正弦信号, 求解其相位角并对各径向上的相位信息作均方差评价, 计算出极坐标系下理想光斑中心与实际光斑中心的相关因子, 从而达到定中无衍射光斑中心的目的。在模拟噪声环境下, 对比该算法与其他常规算法, 其结果表明:该算法抗背景噪声干扰能力强、计算耗时短, 具有稳定的亚像素定中精度。     

基于视觉的传感器位置记忆追踪方法

在采用某些特殊传感器测量参数时,需要在传感器移除后确定出原来的测量位置,比如采用穴位传感器测量出患者多个经络穴位的异常表现后,需要确定出异常穴位的实际位置,对其施加干预措施,缓解患者疼痛并改善身体状况.为此,研究了传感器的记忆追踪问题,提出了一种基于视觉的传感器位置记忆追踪方法,在传感器和被测对象上分别粘贴AprilT...     

探照灯光斑移动现象的再讨论

指出用传统的"平行线"模型和光速有限来解释光斑移动现象,当将情况推广到极限时,会出现一些局限,并提出了一种新的与实际情况更符合的"同心圆"模型,由此可以解释光斑移动现象.     

基于曲线拟合的亚像素边缘定位方法的研究

图像的边缘定位是图像测量的关键之一,随着测量精度要求的提高,已由早期的像素级边缘定位发展到了现在的亚像素级边缘定位。根据地球在地球敏感器CCD阵面中的成像特性,提出了一种基于曲线拟合的亚像素边缘定位方法以获取地球“灼热圆盘”的边缘。该方法利用曲线拟合获得的拟合斜率以及灰度值来提取图像的边缘。仿真结果表明,采用曲线拟合亚像素边缘定位法可使图像的边缘定位精度达到百分之几个像素,具有较高的精度。     

基于光源封装的头灯近距离暗斑的解决方法

针对旋转抛物面反射器头灯近距离存在中心暗斑的现象,提出平面大角度光源、平面大尺寸光源以及立体光源三种基于LED光源封装方式的解决方案,并对其分别进行建模仿真。仿真结果显示,立体光源对头灯近距离中心暗斑现象有明显改善作用。研究立体光源不同的凸起中心高度对头灯近距离光强分布的影响,并制作出4种不同凸起中心高度的立体光源实物。结果表明,凸起中心高度为0.9mm的立体光源安装在旋转抛物面反射器头灯内时,其在25cm目标面上的照度均匀度由之前的9.6%提高至93.2%,改善效果显著。