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。     

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。     

核燃料棒反光表面条纹自适应中心提取方法

针对水下检测中激光条纹中心难以准确提取的问题,提出了一种适用于水下核燃料棒反光表面的条纹自适应中心提取方法。根据检测环境中存在水体散射及物体表面高反光的特点,去除水下噪点、反光噪点,实现激光条纹分割提取;充分利用BP神经网络曲线拟合及由光条几何信息生成的自适应卷积模板,实现反光区域的轮廓与灰度分布修正,使光条截面灰度分布符合高斯分布;经灰度重心法在光条截面方向实现激光条纹中心的亚像素精度定位与提取。实验结果表明:该方法有效地解决了被测物体反光表面光条中心线不连续、噪点多的问题,点云三维重建误差在0.2 mm以内,保证了条纹中心提取的精度与稳定性,满足核燃料棒水下检测工程要求。     

高噪音光测条纹的特征线提取

针对高噪音光测条纹的特征线提取问题,本文提出一种基于拉普拉斯算法的条纹场处理技术,该方法简单,计算速度快,能够准确提取高噪音光测条纹的特征线.     

高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取

针对线结构光三维形貌测量中大量噪声易干扰激光条纹中心提取准确度的问题,提出了一种条纹亚像素中心提取方法。分析条纹图像中的噪声,采用平均法和中值滤波预处理图像;利用迭代阈值分割及形态学方法,获取条纹目标,引入距离变换提取条纹的像素级中心;根据像素级中心、二值信息及光强灰度,结合曲线拟合及重心法精确提取条纹的亚像素中心。仿真分析和实验验证下,相邻行条纹中心列坐标最大偏差值像素小于2 ,平均偏差像素值约为0.3,与传统方法相比,2项指标值更小。实验结果表明,算法有效利用条纹灰度分布规律,可降低噪声对中心定位精度的影响,更逼近条纹真实中心位置,抗噪能力极强。     

光条亮度对线结构光测量精度的影响

光条中心的提取精度直接影响线结构光传感器最后的测量精度,而光条亮度是影响提取精度的主要因素。提出了光条中心提取精度的评价方法,通过实验获得光条亮度与光条中心提取精度之间的关系曲线;为了在实际测量中能获得最佳光条亮度(对应最高的提取精度)设计了基于D/A转换的光条亮度自适应调节电路。实验结果表明:光条过暗或过亮都会使线结构光传感器的测量精度降低,在测量不同颜色的表面时通过光条亮度的自适应调节均可获得最高的提取精度。     

行车环境下钢轨轮廓激光条纹中心的提取方法

研究了行车环境下激光条纹图像中心线快速、准确且可靠的提取方法。基于ENet深度学习模型实现了激光条纹的多区段快速分割;通过统计各区段内光条梯度方向的直方图来确定各分段光条的法线主方向,并构造了相应的方向模板;利用分区域多模板匹配的灰度重心法实现了光条中心的亚像素坐标提取。研究结果表明,该方法可以有效克服室外行车环境中各类干扰信息对光条中心提取的影响,单幅钢轨轮廓图像的光条提取时间仅为2.1 ms,误差均值约为0.082 pixel,标准差为0.047 pixel,兼顾了光条中心提取的时效性和准确率。     

基于圆衍射条纹的激光准直系统设计

针对高层建筑电梯安装过程中导轨垂直度与平行度的要求,设计了一种新型的激光准直系统。该系统把带有同心圆衍射条纹的准直激光束透射过毛玻璃,用CMOS图像传感器作为接收器,获得准直激光束的光斑图像,由USB接口传输到计算机进行自动处理。基于改进的Hough变换算法,完成了同心圆衍射条纹中心的准实时自动提取,并能跟踪、记录条纹中心的变化轨迹。该系统可以在128mm×96mm的范围内接收准直激光束的圆衍射条纹,条纹中心提取精度在1～2个像素,很好地满足了实际应用的要求。     

线激光辅助的皮带撕裂视觉检测方法

为了快速、准确地检测出输送机皮带工作时发生的纵向撕裂事故,提出了一种基于线激光的视觉检测方法.“一”字线激光器向皮带底面投射直线激光条纹,使用CCD相机获取图像并提取出光条中心,通过分析光条中心畸变特征来判断皮带表面是否存在撕裂.首先采用阈值法对激光条纹进行分割;然后在光条区域上利用重心法实现光条中心的粗略提取;最后利...     

摄像机标定中的特征点提取算法研究与改进

为提高摄像机的标定精度,必须研究高精度的特征点提取方法。针对三种比较典型的标定图样:棋盘格,二维正弦条纹和高斯点阵,分析比较了相应的提取特征点算法和用于摄像机内参数标定的精度,得出基于傅里叶相位分析法的二维正弦条纹的特征点提取精度最高。并针对傅里叶方法处理二维正弦条纹不能准确提取边缘特征点的缺陷,提出了使用相移法提取正交相位以代替傅里叶方法得出正交相位的新方法。这种方法可以消除傅里叶变换滤波对点阵边缘的模糊作用,扩大了二维正弦条纹在摄像机标定中的适用范围。摄像机外参数标定实验表明该方法在处理包含边缘点的点阵时,重投影误差保持在原有水平,证明了其有效性。     

基于GPS、磁罗盘与大气数据计算机的无人机风估计

针对无人机实时航路规划及适应环境变化的自主能力发展需求,提出了一种新的风估计与空速校准的方法;该方法基于GPS接收机、大气计算机和磁罗盘等传感器实现;针对定常风模型,风速、风向能够利用地速、风速和空速之间的速度矢量三角形关系计算得到;采用无导扩展卡尔曼滤波(DEKF),估计风场信息以及真空速的比例校准系数;利用某型无人机数字仿真平台,在2D定常风条件下进行了全过程自主飞行仿真;仿真结果表明:该方法在航路跟随的直线段、转弯段均能准确估计。     

高速CCD图像数据存储技术

介绍了一种高速CCD图像数据的实时存储方法利用FIFO缓存器使CCD输出的高速数据流和低速存储介质二者的速度匹配,将多路高速大容量图像数据实时记录到了存储介质中,为后期的图像恢复和图像处理提供了原始数据该图像数据存储的方法对各种数据采集以及存储系统的设计具有很好的参考意义.     

自适应斜Z字形采样Hadamard单像素成像

单像素成像技术在成像速度和质量上已经取得一定的进展,然而,如何在保证成像质量的前提下提升成像速度仍然是一个待解决的问题。对Hadamard系数矩阵中每条斜列上的系数绝对值求取平均值后,发现其具有迅速减小的特征,基于此发现提出了一种自适应斜Z字形采样方法,以实现预期的成像质量和速度提升。实验结果表明,该方法可以有效减少采样次数与数据采集量,兼顾成像质量的同时提升了成像速度。在相同的采样率下,其成像质量优于顺序采样的单像素成像。     

基于双目视觉的三维重建中特征点提取及匹配算法的研究

三维重建是计算机视觉技术的主要内容之一。基于双目视觉的二维图像特征点的提取及特征点的匹配是三维重建技术的核心。通过以双目立体视觉理论为基础,提取立体图像的Harris角点作为特征点,经过基于小波变换的子线段匹配方法,较好地的解决了匹配精度与匹配速度之间的平衡问题。采用该方法对水泥冷却机内熟料的高度进行了测量,实现了熟料的三维重建。实验表明,该方法可提高图像匹配的速度和精度,能够较精确地对物体实现三维重建。     

Investigation of the unstable flow phenomenon in a pump turbine

Instability of pump turbine with S-shaped curve is characterized by large fluctuations of rotational speed during the transient processes.For investigating this phenomenon,a numerical model based on the dynamic sliding mesh method(DSSM)is presented and used to numerically solve the 3D transient flow which is characterized by the variable rotation speed of runner.The method is validated by comparison with measured data for a load rejection process in a prototype pump turbine.The results show that the calculated rotation speed agrees well with the experimental data.Based on the validated model,simulations were performed for the runaway process using an artificially assumed operating condition under which the unstable rotation speed is expected to appear.The results confirm that the instability of runner rotational speed can be effectively captured with the proposed method.Presented results include the time history profiles of unit flow rate and unit rotating speed.The internal flow characteristics in a typical unstable period are discussed in detail and the mechanism of the unstable hydraulic phenomenon is explained.Overall,the results suggest that the method presented here can be a viable alternative to predict the dynamic characteristics of pump turbines during transient processes.     

深海海底反射区声场的相干结构及其有源声呐估距

有源声呐在探测深海海底反射区的目标时,由于声线大掠射角弯曲且声速沿声线传播路径不断变化,造成了常规估距方法产生较大的误差。有效声速法是减小常规估距方法误差的有效途径,但由于需要预先计算空间每一位置点的"声线时延有效声速"对,复杂度高,实时性差。针对有效声速法的实时性问题,本文基于深海海底反射区声场的相干结构,提出一种改进的有效声速估距方法.首先指出深海声场能量沿声源出射角强弱相间变化及其引起的海底反射区离散声呐可探测区现象,并利用深海近水面声源的声线干涉效应解释了该现象的物理机理,建立了声呐可探测区与高能量声线的量化关系。在此基础上,计算声呐可探测区边界位置的"声线时延-有效声速"对,并线性拟合出可探测区所有位置点对应的值。经仿真验证,该方法与传统的有效声速法均可实现对常规估距方法估距误差的有效校正。虽然该方法估距精度较传统的有效声速法略有增大,但计算复杂度和计算时间显著减小,实时性好,具有良好的工程应用前景。      

All-optical high speed logic gates using SOA

In this paper a novel and simple structure of a high speed optical logic gate based on bulk semiconductor optical amplifier (SOA) is presented. The gain dynamic and phase response of bulk SOA using rate equations including the dynamics of carrier heating (CH) and spectral-hole burning (SHB) is investigated numerically. The operation of NOR gate is analyzed by using the presented numerical method, and a NOR gate that can operate up to 1 Tbps is designed. By using the proposed structure, high speed logic gates based on bulk SOA can be realized.     

Tracking of time-evolving sound speed profiles with an auto-regressive state-space model

An approach for time-evolving sound speed profiles tracking in shallow water is discussed.The inversion of time-evolving sound speed profiles is modeled as a state-space estimation problem,which includes a state equation for predicting the time-evolving sound speed profile and a measurement equation for incorporating local acoustic measurements.In the paper,auto-regression(AR) method is introduced to obtain a high-order AR evolution model of the sound speed field time variations,and the ensemble Kalman filter is utilized to track the sound speed field.To validate the approach,the accuracy in sound speed estimation is analyzed via a numerical implementation using the ASIAEX experimental environment and the sound velocity measurement data.Compared with traditional approaches based on the state evolution represented as a random walk,simulation results show the proposed AR method can effectively reduce the tracking errors of sound speed,and still keep good tracking performance at low signal-to-noise ratios.     

自回归状态空间模型下时变声速剖面跟踪方法

讨论了一种适用于浅海的时变声速剖面跟踪方法。该方法将时变水体声速剖面的反演问题建模为由描述声速剖面时变特性的状态方程与包含声压场局部测量信息的测量方程组成的状态-空间模型,提出利用自回归分析拟合方法将声速场扰动建模为高阶自回归演化模型,并通过集合卡尔曼滤波序贯地估计时间演化的海洋声速场。利用2001年亚洲海实验环境与声速测量数据,仿真分析了基于高阶自回归演化模型的时变声速剖面集合卡尔曼滤波估计方法。结果表明,相比于利用传统随机游走状态演化模型的估计方法,该改进方法可有效降低声速的跟踪误差,并且在较低信噪比条件下仍具有较好的跟踪性能。      

C波段机载合成孔径雷达海面风场反演新方法

针对基于散射计地球物理模型函数的机载合成孔径雷达(SAR)海面风场反演中存在的风向获取依赖于图像风条纹或数值预报、 散射计数据和浮标等背景场资料, 风向与SAR图像时空分辨率不匹配, 进而影响机载SAR海面风场反演精度等问题, 本文根据机载SAR对海探测特点, 研究一种适用于C波段机载SAR的海面风场反演新方法. 利用SAR图像距离向不同入射角的后向散射系数, 依据地球物理模型构造最小代价函数, 通过代价函数的求解直接从机载SAR数据同时反演出海面风速和风向. 利用论文提出的海面风场反演方法分别对仿真SAR数据和实测C波段机载SAR数据进行风向、 风速的反演误差分析及试验验证.研究结果表明, 该方法适用于机载SAR海面风场反演, 可不依赖背景风向直接反演出精度较高的风速和风向; 雷达后向散射系数误差是决定海面风速、风向反演精度的关键因素, 辐射定标精度越高则反演误差越小; 海面风速反演误差随着风速的提高而增大, 当海面风速大于18 m/s时, 风速反演误差显著增加, 而海面风向的反演误差与风速无明显关系. 关键词： 机载合成孔径雷达 海面风场 多入射角