基于点阵标定板的视觉测量系统的标定方法EI北大核心CSCD

在应用机器视觉技术进行测量时,测量系统的像素当量、系统误差和光源强度等因素均会对测量精度造成影响,因此必须对像素当量和系统误差进行标定,并分析光源强度对工件图像边缘位置的影响。提出一种基于点阵标定板的视觉测量系统综合标定方法,在提取标定圆圆心坐标的基础上,计算圆心距物理尺寸和像素尺寸的比值,得到像素当量;建立圆心实际坐标和理论坐标的二元三次误差模型,并利用最小二乘法拟合求解误差模型系数;通过确定光源强度引起的图像边缘位置误差补偿量,实现测量系统的综合标定。实验结果表明,该方法可以有效提高系统的测量精度。     

基于点阵标定板的视觉测量系统的标定方法

在应用机器视觉技术进行测量时,测量系统的像素当量、系统误差和光源强度等因素均会对测量精度造成影响,因此必须对像素当量和系统误差进行标定,并分析光源强度对工件图像边缘位置的影响。提出一种基于点阵标定板的视觉测量系统综合标定方法,在提取标定圆圆心坐标的基础上,计算圆心距物理尺寸和像素尺寸的比值,得到像素当量;建立圆心实际坐标和理论坐标的二元三次误差模型,并利用最小二乘法拟合求解误差模型系数;通过确定光源强度引起的图像边缘位置误差补偿量,实现测量系统的综合标定。实验结果表明,该方法可以有效提高系统的测量精度。     

机器视觉精密测量系统研究

微小孔系的精密测量用传统的手段是难以实现的。以机器视觉为基础,结合计算机图像处理技术可完成这类测量任务。介绍了基于机器视觉的孔系精密测量系统的硬件组成和图像处理算法。以所提出的识别弦端点来确定图像圆心坐标的算法对500根弦的中点坐标进行滤波处理,可使识别误差达到亚像素级。圆心坐标在X和Y方向的标准差均小于4μm,孔系间角度测量标准差小于3″。     

散射成像法测量激光强度分布中的光斑畸变校正

在利用散射成像法测量激光强度分布中,CCD像面与散射屏平面存在较大角度时,光斑形状和强度分布都会产生严重畸变,给强度分布测量带来较大影响。分析了畸变产生的原因,给出了畸变坐标和理想坐标的数学模型,提出一种结合CCD像素合并的网格法来校正这种畸变。"网格法"利用自制标准网格成像,通过识别网格像边界来确定标准网格和畸变网格的对应关系,利用此对应关系在输出图像时恢复光斑;利用均匀光源成像来校正系统光强分布畸变。结果表明,该方法能够较好地校正光斑的形状畸变;能够实时恢复光斑的真实光强分布,单元强度畸变恢复误差小于1%。该校正方法在激光强度分布散射成像测量中非常实用。     

CCD摄像头圆目标中心定位方法

在大型设备自动对接系统中,需要CCD摄像头对一设备截面的圆目标进行图像获取,并找出图像的中心点坐标,用于两设备的中心对准。为了满足实时性测量和高精度定位要求,提出一种CCD摄像头圆目标中心定位方法。先对图像使用中值滤波方法进行图像增强,利用广义数字形态学中的多结构抗噪膨胀腐蚀型算子提取单像素宽图像边缘,用多项式插值法对图像边缘进行亚像素定位,用半径约束最小二乘圆拟合法对圆中心进行精确定位。实验测量结果表明,该方法测量时间短、精度高、稳定性好,亚像素定位精度优于1/20像素,中心点总标准偏差小于0.01,可满足设备自动对接系统要求。     

图像序列中目标关键帧快速搜索算法

在目标测量时所获得的图像序列中,如何定位目标关键帧(最有利于目标测量的图像)的位置,对目标识别的效率和测量设备的性能有着显著的影响.针对具有复杂特性的目标图像序列,提出了一种基于帧间像素灰度差值来定位目标关键帧的快速搜索算法.该算法仅仅利用像素灰度值这一最基本的特征,将图像序列中相邻两张图像的同一像素的灰度差值与给定阈值相比较,统计高于阈值的像素个数,再与另一给定阈值相比较,进而确定目标关键帧的位置.实验结果表明,该算法对目标大小不同、形状不同,环境不同,信噪比较高的图像序列都具有快速、稳定的搜索效果.     

基于OpenCV的水下机器人单目定位技术研究与仿真

针对水下机器人自主回收对接时的定位问题,提出了一种基于OpenCV的单目定位技术研究与仿真方法。首先确定回收装置回收侧的光源标记点信息;借助OpenCV算法库,通过对水下机器人自带摄像机的标定,得出反应摄像机固有信息的内参数;通过摄像机对回收装置光源标记点的识别,得出光源标记点在图像上的像素坐标,结合其世界坐标,得出反映回收装置在摄像机坐标系下位置和姿态关系的平移和旋转向量,进而确定水下机器人在回收装置坐标系下的位置和姿态信息。最后运用CATIA软件对摄像机拍摄模型进行建模和仿真,结果表明,本文所提方法不仅能快速地获得水下机器人的位置和姿态信息,而且定位精度高,满足水下机器人在自主回收对接时的设计要求。     

基于前视跑道图像的飞机偏心距精确测量

根据飞机地面最小操纵速度试飞的光电测试需求,提出一种基于前视跑道图像的飞机偏心距精确测量技术,通过在飞机中后段机腹中心线上加装前视高速数字摄像机,获取飞机运动时跑道及飞机起落架的前视序列图像,通过图像判读获取飞机主起连线与跑道标识线交点的亚像素坐标,在摄像机测量参数高精度标定的基础上,根据摄影测量的单站定位原理精确解算交点在物方空间坐标系下的坐标,进而获取飞机偏离跑道中心线的距离。飞行试验测试结果表明,该测量方案切实可行,数据直观可靠,可实现3 cm的测量精度,完全满足试飞测试任务需求。     

基于Bertrand曲面模型的边缘检测算法

针对图像边缘检测过程中噪声抑制与细节保留不能兼顾的问题,提出一种基于Bertrand曲面模型的边缘检测算法.在确定像素级边缘的基础上,选取沿边缘方向的带状域为拟合区域,利用Bertrand曲面具有沿母线各点的法线与母线共面的性质,将拟合曲面区域内的像素点信息转化为边缘曲线的活动坐标,并对转化后的像素点坐标和归一化灰度值进行拟合,求得亚像素边缘到像素级边缘的法向距离,实现图像亚像素边缘的检测.用视觉测量系统对量块直线边缘进行实验,并与改进Facet曲面拟合亚像素边缘检测算法比较,说明基于Bertrand曲面模型的边缘检测算法具有较高的定位精度,测得一等量块的直线度误差在1μm以内,多次测量的误差平均值为-0.811μm,可靠性高.通过机油泵泵体测量实例,说明本文算法可以应用于机械零件的精密测量,尤其适用于中心距、孔径等的测量.     

基于非平行系统的水下图像转化模型

针对水下三维重建成像时图像失真的问题,提出一种基于非平行双目视觉系统的转化条件和转化模型,将摄像机透过平面防水罩拍摄的水下图像转化为摄像机与目标间无水存在的一般空气图像.当摄像机焦点在水与空气分界面处时,水下图像和空气图像像素间存在一一对应关系,当摄像机焦点位于水面外时,该模型在物距远大于焦距及焦点沿z轴方向与折射面距离的情况下仍成立.实验利用特征点三维坐标重建验证模型的正确性,结果显示,利用本文方法重建的三维坐标和实际三维坐标相比,x、y、z轴方向的重建误差平均值分别为2.23%,1.51%,1.10%,表明该模型转化后的图像可采用空气中的图像处理方法,为空气中的三维重建方法应用于水下的探索提供理论依据.     

电子白板系统中参数标定方法的研究

为了避开复杂繁琐的摄像机标定过程,提出了一种基于CCD摄像机的电子白板系统参数标定新方法,实现了开机自动标定系统参数的功能。采用Harris角点检测算法成功提取了参考点的像素坐标,并直接运用射影变换交比不变性,推导出白板边框图像像素距离与实际物理距离的映射关系式,进而获得了摄像机的光心坐标。简要分析影响系统标定精度的因素,并设计出减小标定误差的方案,最后搭建实验平台标定系统参数。实验结果表明:该标定方法实现简单,应用方便,且对于单位长度为1 cm的标定块而言,标定误差小于0.04 cm。     

Small target detection using bilateral filter and temporal cross product in infrared images

We introduce a spatial and temporal target detection method using spatial bilateral filter (BF) and temporal cross product (TCP) of temporal pixels in infrared (IR) image sequences. At first, the TCP is presented to extract the characteristics of temporal pixels by using temporal profile in respective spatial coordinates of pixels. The TCP represents the cross product values by the gray level distance vector of a current temporal pixel and the adjacent temporal pixel, as well as the horizontal distance vector of the current temporal pixel and a temporal pixel corresponding to potential target center. The summation of TCP values of temporal pixels in spatial coordinates makes the temporal target image (TTI), which represents the temporal target information of temporal pixels in spatial coordinates. And then the proposed BF filter is used to extract the spatial target information. In order to predict background without targets, the proposed BF filter uses standard deviations obtained by an exponential mapping of the TCP value corresponding to the coordinate of a pixel processed spatially. The spatial target image (STI) is made by subtracting the predicted image from the original image. Thus, the spatial and temporal target image (STTI) is achieved by multiplying the STI and the TTI, and then targets finally are detected in STTI. In experimental result, the receiver operating characteristics (ROC) curves were computed experimentally to compare the objective performance. From the results, the proposed algorithm shows better discrimination of target and clutters and lower false alarm rates than the existing target detection methods.     

基于菲涅耳全息图和离散余弦变换的“盲数字水印”技术

基于光学菲涅耳全息图和相位密码板,结合离散余弦变换,设计了一种新的正实值编码的“盲数字水印”计算方法.相位密码板是多个点光源的菲涅耳衍射光场的相角之和,原始水印图像在其菲涅耳衍射域中与通过相位密码板的参考光作相干叠加,形成菲涅耳全息图;之后将其嵌入到原始宿主图像的离散余弦变换中,同时将此叠加水印信息的原像素值用其邻近的原像素均值来替换;通过作逆离散余弦变换,获得了已嵌入水印信息的正实数值的目标图像;通过对载有水印信息的目标图像作逆运算,从中提取了原始水印图像.数值计算结果表明：该水印计算法对JPEG有损压缩、剪切、噪音污染和重采样等攻击,具有很强的鲁棒性.由于本算法属“盲数字水印”技术,以及水印信息的灵活嵌入和多重密钥（衍射距离、多个点光源位置等）的随意选择,从而使该算法具有很高的安全性和实用价值.     

基于空间信息的直觉模糊C-均值图像分割算法

针对模糊C-均值聚类算法的单一隶属度不能充分描述图像不确定性,且聚类过程中忽略像素空间关系的问题,提出一种基于空间信息的直觉模糊C-均值算法;该算法选取3×3的模板计算邻域像素灰度均值;并引入权重项,来控制灰度信息和空间信息各自所占的比重,同时用犹豫度更新直觉模糊集的隶属度函数;对常用标准图像的仿真结果表明,该算法能更好地保留图像细节信息,得到更加理想的图像分割效果。     

顾及光谱混叠的高光谱相机任意方向侧扫几何成像

以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式,其属于水平方向推扫竖直方向成像,存在投影面选择、空间方位确定以及光顾混叠等问题。针对上述情况,详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型,可以进行任意方向的地面横向推扫成像;结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围,给出了地理参考后影像格网划分的一般过程;同时,考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差,以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题,提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。最后进行了大量地面横向推扫成像实验,并依据上述算法进行了影像畸变校正,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,同时,对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证,实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法,为同类产品的地面应用提供参考。     

一种单摄像机虚拟鼠标的标定方法

建立单摄像机虚拟鼠标的数学模型,提出一种虚拟鼠标的现场标定方法.以二维实体靶标为中介.利用计算机屏幕生成的虚拟靶标,确定摄像机坐标系到屏幕坐标系的变换.建立空间三维控制点图像坐标到鼠标指针的映射,实现了单摄像机虚拟鼠标的现场标定.提出的方法无需高成本的辅助设备,现场操作简单.在30 cm作用距离内采用640 pixel×480 pixel图像中50个特征点,当图像噪声方差达到1 pixel时,试验中控制点映射为屏幕坐标的均方根(RMS)误差小于3 pixel.该方法应用于研发的虚拟鼠标演示程序.表明切实可行,适用于虚拟鼻尖鼠标的现场标定.     

高分辨率灰度投影算法及其在电子稳像中的应用

提出一种用于检测图像运动矢量的高分辨率灰度投影算法。灰度投影算法将图像在水平和垂直方向上的灰度投影数据作为图像特征,获得图像运动信息,一般只能达到一个像元精度。而通过采用相关计算进一步细分灰度投影数据,可以提高图像运动特征位置信息的精度,获得亚像元级的图像运动矢量。实验室摇摆台电子稳像实验结果表明,该方法可以有效提高图像运动矢量的计算精度。     

亚像素多重分形方法在图像处理中的应用

提出了一种用亚像素多重分形原理求取图像奇异性的新型算法,降低了单纯依靠整数像素位置灰度级梯度信息计算边缘测度所产生的误差。该算法结合CCD成像机理给出在亚像素位置的灰度级梯度分布规律,利用多重分形理论将实际图像分割成一系列具有不同奇异性指数的分形集合,对应着从边缘到纹理各层面的图像内容。模拟计算了投影小波中心点改变单位距离对边缘测度的影响程度,得出亚像素分割梯度的方法可以增加计算结果鲁棒性的结论。此方法用于标准图像的分割中,选用5×5亚像素数目提取的最奇异性集合与索贝尔(Sobel)算子(默认阈值为36.7920)提取的边缘的峰值信噪比为9.3981 dB。应用于复杂路面的裂纹提取中,其结果更符合人类的视觉观测。     

Salient region detection using background priors

In this paper, we introduce a novel salient region detection algorithm by using background priors. Because of the fact that superpixel is perceptually more meaningful than pixel, and which can reduce the complexity of image processing, we use the superpixel algorithm to reprocess original images. In addition, we hold the point that the colors in the image boundary could mainly represent all background colors, hence we compute the color contrast between the intern colors and the boundary colors. Since the nearer the patches are close to center, the more they affect other patches, we propose a new distribution-based model. Finally, experimental results demonstrate that the proposed method outperforms the state-of-the-art approaches.