基于阈值优化抖动算法的高质量三维形貌测量

针对离焦二元编码技术中条纹图案的高次谐波分量会引入测量误差的问题,提出了一种通过阈值优化抖动算法生成二元图像的方法.引入参数γ动态调整阈值,考虑图像不同像素灰度值对抖动算法的影响,改善离焦后抖动图像条纹的正弦性.仿真和实验结果表明:在引入参数γ=50时,离焦后的阈值优化抖动算法条纹具有更好的正弦性;相比传统Floyd-Steinberg抖动算法,在条纹周期为40pixel时,该方法所得相位均方根误差减小0.013 7rad,且对模型凹陷突变区域成像更清晰,显著提高了物体表面还原的图像质量.     

最近邻域与无邻域算法结合空间滤波实现显微光切片

运用最近邻域与无邻域算法,并结合空间滤波方法,可去除显微切层图像的离焦模糊成份,可获得高成像速度、高质量的显微光切片。对各种显微图像进行了光切片处理,并与由现有去卷积处理、结构光照明等方法获得的光切片图像进行了对比,验证了该算法在去除模糊信息方面有更好的效果,提高了图像处理效率,获得了令人满意的光切片图像。在此基础上研制出了显微光切片图像处理系统。运用最近邻与无最近邻算法,结合空间滤波方法,采用简便可调的卷积模糊算子代替点扩散函数的估计过程,图像处理方便快捷,可较好地去除离焦平面的模糊信息。     

金属表面非相干线结构光条纹中心提取方法

采用线结构光法测量金属表面形貌时,由于受到金属表面光学特性和散斑噪声的影响,条纹中心的提取误差往往较大。为此,提出了一种非相干线结构光形貌测量方法,避免了散斑噪声的影响。通过分析该方法测量金属表面形貌时的条纹图像特点,提出一种适合非相干线结构光条纹的中心提取方法。该方法首先采用结合积分图像原理的自适应阈值分割算法,对原条纹图像进行分割。采用灰度重心法粗提取原条纹中心坐标,以该坐标为基准向条纹宽度方向延伸,从而确定阈值分割后条纹图的感兴趣区和背景区,并去除背景区的噪声。经中值滤波后,采用几何中心法提取条纹中心。实验结果表明:采用该方法提取粗糙度样块表面非相干光条纹中心的平均误差为1.5 μm,提取齿轮渐开线样板表面非相干光条纹中心的平均误差为0.9 μm,均比其线激光条纹中心的提取误差小。所提方法能实现金属表面非相干线结构光条纹中心的精确提取。     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.     

基于L-K局域光流的空间视线坐标法面形测量技术

提出了一种基于L-K局域光流的空间视线面形测量技术.测量系统由一个投影仪和一个CCD摄像机组成,采用小投影角度的投影方式.通过投影光线与视线(观测光线)的交点坐标,直接计算得出被测物体三维面形高度分布,其中条纹图中观察位置的变化由L-K光流算法计算得到.建立了在点光源投影条件下投影光线与视线交点坐标、光流与被测物体面形高度之间的关系.模拟与实验结果证明该方法能够准确恢复被测物体高度.与传统面形测量方法不同,视线光流面形测量技术不需要采集多幅条纹图像,也无需计算条纹频率和物体相位值,只需两幅条纹图即可恢复物体面形高度分布.     

基于法线引导的激光中心线提取方法

在线结构光三维测量系统中,高精度激光条纹中心线提取是提高测量精度的关键。针对现有激光中心线存在提取精度不高、保留细节差等问题,提出了一种基于法线引导的激光中心线提取算法。该算法具体实现步骤为:首先,对图像进行预处理,结合边缘检测和几何中心法对激光线初步提取;然后,用主成分分析法(principal component analysis,PCA)求取其法线,在激光中心点处划分角度八邻域,通过法线角度引导搜寻有效点集;最后,利用灰度重心法对点集进行亚像素提取。实验结果表明:该算法均方根误差与灰度重心法相比提高了0.233 9像素,比Steger算法、方向模板法更好地保留了光条细节,可以更精确地提取光条中心,达到亚像素级的精度。     

基于卡尔曼滤波的双约束CUP-VISAR压缩图像重构算法

针对从基于压缩超快成像（Compressed Ultrafast Photography,CUP）的任意反射面速度干涉仪（Velocity Interferometer System for Any Reflector,VISAR）中获得的压缩图像中重构出冲击波二维条纹图像的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的双约束图像重构算法。该算法首先基于条纹图像具有的稀疏性和平滑性,将问题转化为基于小波与全变分双先验约束的优化问题,然后,考虑到实际成像的噪声问题,采用加权卡尔曼滤波对图像已有信息进行预测和调整,最后将卡尔曼滤波引入二步迭代阈值算法的迭代过程中,进而求解该双约束优化问题,实现压缩图像的精确重构。在大噪声仿真实验中,该算法重构图像的峰值信噪比和结构相似度分别提高了4.8 dB和14.81%,显著提高了图像重构质量。在实际实验中,该算法重构出了清晰的冲击波条纹图像,且将冲击波速度最大相对误差降低了9.57%和平均相对误差降低了2.2%,验证了该算法的可行性。     

级数相位去包裹方法

提出了一个简单的相位去包裹方法－－条纹的极数相位去包裹算法,将其用来恢复物体的真实相位。与传统的条纹相位去包裹方法相比较,该方法能够消除光载频、物体边缘、阴影和盲点的影响。理论分析和实验结果证明该方法适用于条纹空间相位测量方法解调的包裹相位。     

基于相移结构光照明的浮雕成像技术研究

详细介绍了一种基于相移结构光照明的浮雕成像技术,对该成像技术的原理和成像特性进行了实验研究,并采用相移结构光照明的方法实现彩色浮雕成像。实验中,将多幅相移正弦条纹光场斜投射到被拍摄物体上,数码相机依次拍摄被照明的物体,再利用拍摄到的多幅相移图像,通过计算的方法重建出所需要的图像。理论分析和实验结果表明,相移结构光照明成像技术能有效地消去环境不均匀光照的影响,获取的反射率分布图像只与结构光照明有关,突显了斜投射照明所形成的阴影,图像的明暗变化反映出物体表面的法线变化,因而在视觉上形成了明显的浮雕效果。     

飞秒脉冲振幅和相位的无干涉条纹重构法测量

对作者所提出的无干涉条纹直接电场重构测量飞秒脉冲的振幅和相位的新方法作出进一步理论分析，并通过实验测量说明该方法的优越性.该方法克服了传统的SPIDER方法的弊病，能得到一组无干涉条纹的图像，排除传统方法必须使用傅里叶变换滤波消除干涉条纹而引进的系统误差，使得该方法能够采用较简便设备且能较准确测量飞秒脉冲强度轮廓和相位.最后给出同一条件下新方法和传统SPIDER方法分别重构的脉冲强度自相关曲线与实验测量结果的比较，以说明新方法的有效性和优越性.     

飞秒脉冲振幅和相位的无干涉条纹重构法测量

对作者所提出的无干涉条纹直接电场重构测量飞秒脉冲的振幅和相位的新方法作出进一步理论分析,并通过实验测量说明该方法的优越性.该方法克服了传统的SPIDER方法的弊病,能得到一组无干涉条纹的图像,排除传统方法必须使用傅里叶变换滤波消除干涉条纹而引进的系统误差,使得该方法能够采用较简便设备且能较准确测量飞秒脉冲强度轮廓和相位.最后给出同一条件下新方法和传统SPIDER方法分别重构的脉冲强度自相关曲线与实验测量结果的比较,以说明新方法的有效性和优越性. 关键词： 光谱相位相干直接电场重构法 飞秒脉冲测量 超快信息光学     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

基于光幕约束和分段调整的去雾算法

针对雾天条件下成像设备采集到的图像目标主体不清晰,细节信息不明显,可辨识度低等问题,提出了一种基于光幕约束和分段调整的图像去雾算法。首先将大气光幕的基本不等条件映射至正方形及其内切圆平面模型中,得到约束后的初始大气光幕;然后利用饱和度逼近构造粗糙大气光幕,以模糊无用的边缘信息,并通过梯度约束求取边缘代价对初始大气光幕进行修正。为了改善近景失真和远景去雾不彻底,建立自适应分段调整函数对大气光幕进行优化;最后通过复原模块得到清晰图像。实验结果表明:与一些经典的去雾算法相比,所提算法可以应用于各类图像,去雾效果良好,不仅保留了原图像特性而且得到的复原图像色彩明亮,清晰自然,各项指标优势明显。     

基于中智学的非局部先验图像去雾算法

图像去雾是计算机视觉的重要研究方向之一。传统图像去雾算法存在去雾不彻底、去雾图像对比度低、halo效应、色彩失真等问题。针对上述问题,提出了一种改进的非局部先验的图像去雾算法。该算法使用基于中智学的模糊C均值聚类算法和一种混合暗通道先验的透射率优化方法,改进了传统非局部先验的图像去雾算法在大气光估计、雾线定位和透射率优化过程中存在的问题。结果表明,与几种常用的图像去雾算法相比,提出的算法在去雾图像的大气光估计、客观分析和主观分析等方面均有一定的优势。     

基于工业CT图像重构的网格模型的全局优化方法

针对用工业CT切片图像直接重构得到的网格模型质量不高的问题,提出一种不受拓扑结构限制的隐式曲面重构全局优化方法。该方法将三维表面模型用隐式函数来表示,通过模型提供的点云信息计算出隐式函数,提取等值面,实现曲面重构。针对隐式曲面重构数据处理量大的问题,引入FFTW快速傅里叶变换来提高效率。实验结果表明,该方法能够同时实现三角网格模型的去噪、网格平滑、简化以及孔洞修补,与保特征的均匀化网格平滑算法相比,去噪效果更好,效率更高。     

非平行光干涉照明显微镜三维形貌检测研究

为实现表面微观形貌快速而较简单的检测, 一种使用非平行光干涉照明的光学显微三维形貌检测方法被提出。该方法使用空间光调制器对激光光束进行衍射, 选取光强相近的2个衍射级通过显微物镜, 双光束干涉可得到周期接近图像分辨率、相位可精确调节的照明条纹, 被测样本的三维形貌可通过拍摄4帧等相位差的条纹照明图像来计算得到。该方法不需借助干涉物镜产生条纹, 不需要轴向扫描装置记录条纹变化, 相位调节精确, 成像直观。此外, 该方法所产生干涉条纹的相位随坐标线性变化, 不需对条纹周期进行修正。因为照明条纹参数调节光路独立于显微成像光路, 系统装置具有光路简洁、易于调节的优点。为验证所提出三维检测精度, 以粗糙度100 nm的粗糙度对比模块和硅片为被测样品进行了三维轮廓重建实验, 实验结果显示, 所提出方法轴向重复性测量精度为8.6 nm(2σ)。     

校正光通量变化的定量光声内窥成像

在光声内窥成像中,不均匀或不稳定的照明,以及生物组织的复杂光学特性均会导致成像平面内光通量分布不均匀,从而造成重建图像质量和成像深度的下降。提出了一种校正光通量变化的定量光声内窥成像方法,对光吸收能量分布进行稀疏分解,采用贪婪算法重构得到光吸收系数和光通量的稀疏表示,并通过稀疏矩阵分解实现光吸收系数与光通量分布的联合重建。仿真和体模实验结果表明,与一步法和基于模型的定量重建方法相比,采用所提方法估算光吸收系数的均方根误差（RMSE）可降低约48%,重建图像的归一化平均绝对距离（NMSAD）和结构相似度（SSIM）可分别降低约25%和提高约24%。与其他校正光通量的重建算法相比,所提方法估计光吸收系数的RMSE可降低约22%、NMSAD可降低约20%、SSIM可提高约10%。     

相移正交物体运动方向的在线相位测量轮廓术

提出了一种新型的基于相位测量轮廓术(PMP)的在线三维检测方法.只需要使投射的条纹相移方向与物体移动方向垂直,尽管由于物体运动使CCD采集变形条纹中物体坐标不一致,但通过像素匹配,可以使各帧图像物点坐标一一对应,得到与传统静态PMP等效的相移条纹图,即可重构出物体,实现在线三维测量.对一实平面进行了在线与静态PMP测试对比实验.结果显示该在线PMP方法与传统静态PMP方法的均方差之差仅为0.007mm,表明该在线PMP方法具有高精度性;对一实物进行了在线测试实验,很好地重构出了被测物体的三维轮廓,从而验证了该方法的可行性和有效性.     

一种用于计算三维视觉测量中线结构光平面的新型算法

介绍了一种基于线结构光的机器视觉测量系统的光平面计算方法.该方法采用图像减影来获取光条图像,利用Steger算法提取图像中的亚像素光条中心点,再用正交直线拟合法计算图像坐标系下的光条直线方程.通过靶标特征点的世界坐标和交比不变性,计算线结构光在靶标平面上的世界坐标点,并将这些坐标点用正交平面拟合法计算得到光平面方程.为了提高整体准确度,本文对算法进行了细节优化,给出了标定系统的设计方案和实验过程.实验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性和较高的准确度.     

钢丝绳在线非接触测长系统研究

钢丝绳成品长度是供货合同的重要指标,与经济效益、企业信誉息息相关。针对在线钢丝绳纹理变化特点,提出一种基于线结构光的非接触测长系统,通过比较钢丝绳在不同时刻,不同位置的线结构光投射条纹图像的相似性,间接测量绳长。对投射条纹提取、条纹相似性度量等关键算法进行了阐述。实验证明,系统解决了传统接触测长固有的打滑、磨损等问题,避免了钢绳在线速度变化、捻距误差等因素的影响,具有准确、高效、实时性强的特点。