透镜检测中复合自动对焦技术的研究及应用

针对光学透镜参数测量系统中的对焦问题,设计了一种粗精结合的复合自动对焦方案.在粗对焦过程中,选用全局图像的方差函数作为清晰度评价函数,用均值比较的爬山法实现焦面搜索,并用三点法判断初始对焦方向.在精对焦过程中,利用基于数学形态学的条件膨胀算法和形状因子提取目标图像,并以日标图像区域内的Brenner函数作为清晰度评价函...     

人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统

针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题,搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统,并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域（ROI）窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集,分别对提出的两个算法进行验证。结果显示：所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms,清晰度比率为93.531,优于6种传统的评价算法;所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms,准确度为97.14%,相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求,提升了仪器的自动化水平,有助于眼科测量仪器的智能化发展。     

SUSAN清晰度评价函数在自动对焦中的应用

为了满足自动对焦系统的实时性与抗噪性要求,提出了一种基于SUSAN算子的清晰度评价函数。该函数利用SUSAN边缘提取算子的算法简单、准确度高、抗噪性强的特点,对SUSAN算子边缘检测函数进行改进,将边缘点的USAN值的平方和作为清晰度评价值,并将其运用到自动对焦算法中。将该函数与几个经典的清晰度评价函数进行性能比较,实验结果表明：对于引入噪声前后的图像序列,基于SUSAN算子的清晰度评价函数均具有良好的单峰性、无偏性和较高的灵敏度;对于256×256的对焦窗口图片,该函数在TMS320C6416硬件平台上的运行时间仅为16 ms。该函数能够满足清晰度评价函数的单峰性、无偏性、高灵敏度等基本特性,同时具有良好的实时性与抗噪性。     

遥感相机自动检焦技术研究

将基于图像处理的自动检焦技术应用于线阵CCD推扫成像的空间遥感相机中。图像法检焦的关键在于对焦评价函数的选取。通常对焦评价函数是在摄影目标不变的情况下得出的,而推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度。用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性。由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,采用小波去噪与亮度归一化相结合的图像预处理技术有效地去除了图像噪声和亮度变化对对焦精度的影响。通过对功率谱评价函数进行加权处理,提高了对焦评价函数曲线的灵敏度。仿真实验表明了所构造的对焦评价函数是可行的。     

一种改进的Sobel梯度函数自动对焦评价算法

传统的自动对焦梯度函数评价算法在对细胞显微图像进行对焦时,由于对焦精度不佳,图像受噪声的影响较大。针对此问题,通过对不同对焦评价函数性能进行对比,提出了一种基于Sobel梯度函数改进的自动对焦评价算法——Sobel4direction_Brenner梯度函数算法。对对焦评价技术设计指标和算法的通用性进行了验证,结果表明:在调焦时该算法较传统对焦梯度函数能更好的抑制噪声,并且使电机在爬山算法的搜索对焦中具有更小的对焦搜索区间范围,获得的细胞显微图像的清晰度评价值也更高。     

基于对焦深度法的光学显微镜系统设计

针对传统显微镜采用手工对焦方式存在自动化程度低、对焦过程较慢且对操作者经验要求高的问题,提出一套基于对焦深度法的光学显微镜系统。结合基于图像处理自动对焦的显微镜通用结构,设计了一套由ARM开发板、触控液晶显示屏、Arduino UNO开发板、红外对管、工业数码显微镜及步进电机等组成的光学显微镜系统。结合触控液晶显示屏的特点,设计出结合不同大小的感兴趣区域对焦窗口选择方法,并在采用常见梯度函数作为图像清晰度评价函数及爬山搜索算法的基础上,提出容错改进方法。实验分别对不同的图像清晰度评价函数及对焦窗口大小进行了实时性、灵敏度及容错性能测试。结果表明,该系统具有较高的可靠性。     

基于最小各向同性小波滤波的图像清晰度识别

提出了基于最小各向同性小波滤波的图像清晰度识别方法,对二维最小各向同性小波滤波提取图像特征进行了研究.直接将原始图像通过带通小波滤波器G0获得图像边缘信息,结合图像能量分析,建立了基于小波滤波的图像清晰度评价函数.利用构建的显微镜自动对焦实验平台,比较分析了基于小波滤波和拉普拉斯的评价方法.实验结果表明,采用基于各向同性小波滤波的自动对焦算法有更好的综合自动对焦性能.     

基于空间矩的随机Hough变换检测直线

为解决随机Hough变换中无效采样和累积问题,研究了一种基于空间矩的随机Hough变换直线检测方法;利用空间矩方法进行随机采样并求取出参数空间点,将计算参数空间点的随机采样点减少到一个,最后利用随机Hough变换原理来确定真实直线;实验结果表明,基于空间矩的随机Hough变换直线检测方法相对于传统的随机Hough变换具有更好的准确性、鲁棒性和稳定性,实时性得到了较大的提高。     

基于Hough变换的金刚石颗粒测量方法研究

针对金刚石颗粒图像分析时的颗粒边缘非闭合性问题,本文提出了一种基于Hough变换的金刚石颗粒测量新方法。该方法首先对图像进行形态学去噪、平滑滤波和Canny边缘检测等预处理,得到金刚石颗粒图像的初始边缘曲线,然后采用Hough变换提取边缘曲线的直线特征,并通过极径和极角对多个直线特征进行判断和图形识别,得到确定的金刚石颗粒边缘轮廓,最后对得到的边缘轮廓进行拟合,测量出金刚石颗粒的粒径、椭圆度和圆度等参数大小。该方法在VC+ 环境下,用OpenCV编程技术对其进行了实验验证,结果表明：该方法可以准确快速地测量出金刚石颗粒特征参数,为金刚石颗粒的等级评定提供了技术支持。     

基于区域对比度的图像清晰度评价算法

高效、准确的图像清晰度评价是实现自动调焦的关键。在分析了现有图像清晰度评价方法优缺点的基础上,提出了一种基于图像区域对比度的清晰度评价新方法,建立和分析了评价函数的数学模型,并对航空摄像机采集的系列图像进行实验和仿真。与其他算法比较的结果表明:该方法具有精确度高、对比度明显等优点,能够应用于实际的图像清晰度评价和自动对焦中,克服了单纯依靠计算灰度差带来的不足,具有较高的实用性和可靠性。     

基于自动对焦技术的透镜曲率半径检测

为实现光学透镜曲率半径的快速准确测量,设计了一种基于自动对焦技术的非接触式透镜曲率半径测量方案。测量系统分别在被测透镜表面的顶点位置和曲率中心位置自动对焦,系统所记录的两个位置之间的距离即为曲率半径。针对透镜曲率半径检测应用,对自动对焦技术进行了改进:将连通区域提取技术应用于定位目标图像,提高了清晰度评价函数的灵敏度;利用均值比较法和三点法改进了传统爬山搜索策略。实验结果表明:基于自动对焦技术的透镜曲率半径检测是有效的,测量误差低于0.196%,测量重复性好于0.109%。该方法已经成功应用于透镜曲率半径测量仪。     

基于饱和像素剔除的自动对焦评价函数

对含光源等过亮区域场景的自动对焦较为常见,这些区域导致了图像像素的饱和,然而所提出的现有的评价函数适用于一般场景,无法适用于像夜景光源的场景。针对这一问题,通过分析饱和像素在离焦过程中的特性,提出了一种去除饱和像素的图像清晰度评价方法,且其可以用于评估包含光源或者过亮区域场景的图像质量。通过对大津法进行修改得到对焦窗口二值图,并利用形态学膨胀手段扩展饱和像素区域,以防止其在离焦过程中产生弥散,得到去除饱和像素区域的模板,将其作用于梯度信息矩阵,计算得到去除饱和像素影响的平均梯度值作为自动对焦评价函数。通过多组离焦序列图测试了所提出的评价函数,并与其他4种常用的评价函数进行比较,结果表明,此自动对焦评价函数适用于含有光源等过亮区域场景的拍摄,具有良好的无偏性、单峰性、稳定性且覆盖范围较广。     

基于内窥图像畸变校正的孔内表面尺寸测量方法

针对孔内表面缺陷尺寸测量难的问题，提出一种内窥图像校正方法以实现孔内表面尺寸测量。根据内窥成像原理，在考虑应用场景几何约束的情况下，将图像畸变分解为周向畸变和轴向畸变，将校正模型中的参数简化为图像中心坐标和一个非线性增长函数，进而提高了内窥镜图像边缘区域的校正精度。采用Hough变换和图像像素标定的方法得到相关参数，为克服轴向校正对标定结果的依赖，采用神经网络算法拟合包含像素相对位置和孔径的轴向校正函数。实验结果表明，基于像素标定的6组实验的平均测量误差为1.95%，准确度高。对于不具备标定条件的孔内表面缺陷，采用轴向校正函数进行校正和测量，3组实验的平均测量误差为6.75%，结果较为理想。所提出的校正方法通用性好、准确率高，可用于孔类零件及管道的自动化检测和智能检测。     

一种用于全息图自动重建的聚焦评价方法

自动聚焦是数字全息技术中实现自动重建的关键技术之一,而自动聚焦的关键是寻找性能可靠的聚焦评价函数。通过对现有聚焦评价函数的深入研究分析,及对图像清晰度相关理论的学习,面向海洋生物全息图提出了一种新的聚焦评价函数,该聚焦评价函数的依据是局部标准差分布能够反映图像细节信息的特性及标准差自身具有较高稳健性的特征,以标准差作为离散程度度量,将全息图重建像细节的离散程度作为其清晰度指标,并将清晰度最大值对应的重建距离作为最佳重建距离,以此完成自动聚焦。实验结果表明:与其他聚焦评价函数相比,该方法具有较好的单峰性、较高的灵敏度和信噪比(SNR)及较好的无偏性等性能,且对于海洋生物全息图具有较强的实用性和通用性。因此,该方法可以满足海洋生物全息图自动重建的需求。     

应用于一体化摄像机的自动聚焦搜索算法研究

一体化摄像机的自动聚焦过程就是镜头按照自动聚焦搜索算法寻找图像清晰度评价函数最大值的过程,自动聚焦搜索算法对自动聚焦过程的实时性和准确率影响很大。为了解决现有算法在光源场景和无细节场景下聚焦失败的问题,提出了一种基于场景预测的聚焦搜索算法,该算法对成像场景进行智能分析、判断并分类,在不同的场景下采用不同的搜索策略,提高了自动聚焦搜索的稳定性和准确率。同时,针对现有算法在散焦区判断聚焦曲线峰值方向困难的问题,引入模糊度评价模型,该模型能够准确判断聚焦曲线峰值方向,分析实验数据发现,新的算法在散焦区的聚焦速度提升了24.3%。实验证明,新的算法在基于海思Hi3518A处理器搭建的一体化摄像机成像系统中具有很高的应用价值。     

像移对长焦距高分辨率航空相机检调焦精度影响的分析

应用图像法对长焦距高分辨率航空相机实时检调焦过程中,由于外界环境因素的影响使得系统产生像移,调焦精度降低。当前对于由相对运动引起的像移和调焦精度两者的之间关系没有通用性的理论和确切的研究。从理论上分析了高分辨率航空图像线性像移和抖动像移的模型,给出了像移模型对评价函数的影响,得到像移与调焦曲线极大值呈负相关的关系。图像的像移量越大,调焦函数曲线的最大值下降越显著。利用二次函数拟合的方法获得离散评价函数点的拟合曲线,曲线最高点即对应调焦的最优对焦位置。搭建了动基座检调焦实验平台,实验结果表明当平台引起的图像像移量由1 pixel增加至5 pixel时,评价函数曲线的最大值由95.95%下降到87.64%。应用拟合曲线的方法得到的最佳对焦位置在系统半焦深范围之内,满足高分辨率航空相机调焦精度的要求,同时证明了像移理论分析的正确性。     

角膜曲率测量中自动识别的对焦评价

角膜曲率测量一般是采用视标成像的方法得到角膜的反射像后,通过对反射像的再成像间接得到角膜的曲率半径。为了实现对角膜曲率测量图像的对焦判断,在简化角膜曲率测量系统的基础上,对获取的图像对焦算法进行研究。对角膜曲率测量图像的六个测试光标分别进行像素统计,初步判别过度离焦的状态。对角膜曲率测量图像进行四方向Sobel算子的卷积运算,对得到的边缘增强图像进行对数灰度级像素统计,得到对焦评价值。将该算法与Tenengrad函数、方差函数和单一对数灰度级像素统计评价函数算法做对比实验,评价该算法的可行性。实验结果表明,该对焦评价函数具有良好的精确度、单峰性、灵敏度和无偏性,对细节信息较少、结构简单的图像的对焦评价方面有应用前景。     

基于梯度的区域生长和距离直方图的快速圆检测方法EI北大核心CSCD

针对基于Hough变换类圆检测算法所需设置参数较多和基于距离直方图的算法计算量大等问题,提出了一种基于梯度的区域生长和距离直方图的快速圆检测方法(GHC)。该算法通过利用梯度模值和方向进行区域生长的方法得到若干圆弧线段支撑区域;选取弧线段上的三个坐标点求解该圆弧段对应的圆心和半径并求解出正方形适应区域;将每条圆弧线段上的所有点向其适应区域内各坐标点进行投影并统计距离的累加值;综合全图距离直方图,精确地求解出图像中包含各圆的圆心和半径并进行完整度校验。通过实验表明,相比基于距离直方图的圆检测算法(HBCD)和随机Hough变换算法(RHT),该法对不同尺寸、完整度的单圆或多圆均有良好的检测效果,具有较强的稳健性和较小的空间、时间复杂度。     

基于Hough变换的高精度机器视觉对准系统的研究

随着集成电路特征尺寸的不断减小,I/O引脚数日益增加。对于高密度封装,尤其是2.5D/3D封装中,电子元件和基底快速而准确的对准十分关键。利用高性能CCD搭建了一套精密的光学视觉对准系统,并采用Hough变换算法对芯片和基底进行对准试验。采集的图像经过去噪预处理后采用形态学边缘检测方法提取对齐标记,并通过Hough变换得到4组平行直线,然后计算基底的位移和旋转角度并完成对准。使用Matlab编程配准,程序运行时间约为4.2 s,旋转参数的误差小于1.2°,x和y轴的平移误差均小于1 pixel。试验结果表明基于Hough变换算法的光学视觉对准系统可以快速而精确地实现芯片和基底对准,满足IC封装需求。     

复杂工况下视觉AGV导航标识带中心线的提取研究

针对光照不均匀、导航标识带破损、少量杂物干扰的复杂工况条件下,对视觉AGV采集到的路面导航标识带图片进行特征提取,采用灰度化、中值滤波进行了图像预处理,研究了Otsu法和迭代法等动态阈值分割算法以及形态学在图像分割中的应用,并对预处理图像作了分割对比实验。然后对分割后的图像进行边缘提取,分析了基于最小二乘法和Hough变换算法的直线拟合原原理,提出了Hough算法下基于边缘线的中心线拟合算法,并作了直线拟合对比试验。实验表明,复杂工况下,采用基于形态学和Otsu算法相结合的方法对图像进行分割,得到的二值图像边界更完整,效果更好,基于Hough变换算法较最小二乘法能更精确有效地提取出导航标识带中心线及其方程。