机器视觉及其应用(系列讲座)第二讲图像采集技术——机器视觉的基础

图像采集是机器视觉系统的基础,因为获取相应质量的图像,是对图像进行处理与分析的前提.该文是<机器视觉机器应用>系列讲座中第二部分,重点讨论了采像4个环节的内容、核心、以及对采集到的图像质量的影响.并分别讨论了光源、光学系统(镜头)、CCD摄像机、图像采集卡以及特殊或最新的图像采集技术与产品.     

基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集处理系统

从硬件和软件两方面对摄像机同步的原理和方法进行了研究,设计并实现了基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集和处理系统.提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块作为同步触发信号发生器,并利用Visual C++平台开发了控制程序,能够通过触发信号的周期和波形来调整图像采集频率和摄像机触发电平.设计了软件同步策略,保证多台摄像机之间的图像同步曝光之后能够同步处理.经过验证,所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10 μs,具有设备简单、使用方便、成本低等优点,并且能够消除丢帧、错帧等现象,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案.     

一种用于钣金零件视觉测量的图像拼接方法

在钣金零件视觉测量中,大尺寸零件超出图像采集摄像机的视场范围,不能一次性获得该零件的完整图像,需要将存在一定重叠区域的图像进行图像拼接。针对特征稀少、灰度信息少、轮廓对称的钣金零件图像不易拼接问题进行了分析和研究,提出了一种在待拼接图像中选择包含重叠部分的等大小区域作为待配准区域,并对其提取轮廓,然后对轮廓图利用相位相关法求待配准区域的配准参数,再根据待配准区域图像与待拼接图像的坐标关系转换求待拼接图像的配准参数并对图像进行配准,实现钣金零件图像拼接的方法。通过实验表明,该拼接方法对特征稀少、灰度信息少和轮廓对称的钣金零件图像具有速度快、较好的准确性和抗干扰能力,能够满足工业应用的要求。     

多摄像机同步采集系统的设计与实现

为了实现多摄像机之间同步曝光积分。对摄像机同步的原理和方法进行了研究。结合动态目标多目摄像测量方法设计并实现了同步采集系统,提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块USB-4711A作为同步触发信号发生器,该设备具有USB接口,支持即插即用。利用Visual C＋＋平台开发了控制程序,能够根据图像采集频率和摄像机触发电平调节同步触发信号的周期和波形。经过验证．所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10μs,并且具有设备简单、使用方便、成本低等优点,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案。     

用摄像机和计算机采集处理数据来研究质点的运动

用摄像机采集图像,制作了接口电路提取图像中物体的运动信息并传递给计算机,设计了系统软件控制接口电路并处理、存储和显示数据.以弹道曲线运动、刚性摆和运动参考系为例给出了系统的具体应用.     

基于GPS的XP系统下海量图像多机同步采集方法研究

根据惯性导航系统的测试需求,利用RAID等先进技术,构建了一套图像采集存储系统,解决了多摄像机同步工作、大分辨率图像的高速采集和海量数据实时存储的问题。为了解决多设备之间的数据对齐问题,利用GPS秒脉冲和绝对时标以GPS系统实时时钟为基础,并对Windows系统进行高精度定时产生摄像机的外触发信号,实现了不同设备之间的实时数据采集、对齐。试验表明:该测试系统的配置灵活,同步精度高,具有较好的推广使用价值。     

单摄像机虚拟立体视觉测量技术研究

以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出了一种用于测量空间三维点坐标的低成本单摄像机模型。该模型利用光学成像,把单摄像机镜像为一对虚拟摄像机,在一个CCD像面上采集到同一物体存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息。讨论了单摄像机传感器测量空间三维点坐标的基本原理,建立了单摄像机传感器的测量模型,克服了双摄像机系统中成本高、切换采集左右摄像机的图像使检测速度减慢等诸多缺陷,为空间三维点的精密测量提供了经济、快速、有效的测量途径。实验表明．传感器可实现约0．8％的相对测量精度．证明了本方案合理、有效。     

一种利用图像序列进行摄像机标定的方法

结合消隐点的有关知识,利用图像序列中运动的人体及其阴影的垂直关系,给出了一种实用性比较强的摄像机标定方法.该方法采用线性的方法计算出了可变焦摄像机5参数的内参数矩阵及旋转矩阵,并在一定的条件下计算出平移矩阵,最终将摄像机完全标定.计算内参数及旋转矩阵时不必考虑图像之间对应点之间的关系,从而大大减少了图像检测期间算法的复杂度,提高了标定的速度.此外,模拟和实际图像实验也表明该自标定方法具有较高的鲁棒性和准确性,适用于在线摄像机标定系统.     

光子计数成像技术及其应用

介绍光子计数实时图像采集实验系统，其中的高亮度增益的光子成像头通过超强光力中继透与高帧频电荷耦合器摄像机耦合；分析和介绍了单光子成像模式下系统工作的受限条件和多光子工作模式下系统的主要综合性能指标－读出噪声的测定方法。文中给出在自适应光学弱光波前传感中的应用，光子噪声分布规律以及光的波粒二象性实验验证等例子。     

基于直线的射影不变性和极线约束标定摄像机参数

提出一种用图像对标定摄像机参数的新方法。传统自标定方法需要先由图像特征计算基础矩阵,该方法则是从图像中提取一组未知长度和长度比的平行直线,以图像中心坐标为主点初值,利用直线的射影不变性先求得摄像机焦距、旋转矩阵和平移向量的初值;再由图像对固有的极线约束来优化摄像机的参数,从而得到高精度的主点、焦距、旋转矩阵和平移向量。使用该方法对图像目标进行三维重建,仿真实验表明：该方法对场景要求较少,原理简单,方法易行,标定摄像机参数精度较高。     

PIV水下流场测试系统试验研究

基于粒子图像测速技术,设计研制了一套适用于水洞洞体内高速、封闭试验条件的流场测量与显示设备.该系统由光源、成像、图像处理与分析、控制和粒子投放等分系统组成，具有复杂环境下全流场的无接触、无扰动、高准确度测量和显示能力，流场测试误差小于2%，可为水下航行器外形设计及其改进提供相关的实测数据.     

紫外成像告警系统信噪比的研究

对紫外告警系统成像子系统的信噪比进行了研究与分析,应用一种新的根据ICCD紫外成像系统采集的图像进行计算信噪比的方法,该方法解决了常用信噪比测试方法中待测参数多,采用测试仪器多,带来的误差较大等问题。根据该方法所搭建的实验系统不仅实现了数据的快速处理,还使观察者能够直观地看到被测目标的动态图像,同时也可以利用该方法系统地分析紫外告警成像子系统的不同情况下的噪声的特性。     

基于多DSP的车轮外形磨耗动态检测系统

针对矿井绞车车轮外形磨耗动态检测问题,构建了由线状光源、CCD、多DSP图像处理子系统等组成的系统.对于车轮磨耗图像的获得和外形曲线的提取,重点阐述了多DSP处理系统在绞车车轮外形磨耗实时检测中的设计问题.车轮外形的提取采用了一种梯度边缘检测算法来实现,并给出了磨耗值计算的变换矩阵.初步试验表明该系统的检测误差不大于0.3 mm.     

基于嵌入式的数字显微镜图像采集系统的研究

提出了一种在ARM9开发平台上构建数字显微镜图像采集系统的实现方案。通过CMOS图像采集模块把显微镜下物体的图像信息转换成数字信号,输入到S3C2410的开发平台,然后图像被显示到LCD液晶屏上或存储到SD卡上。系统通过相应的程序可以实现显微图像的采集、显示、存储等操作。实验结果表明,该系统采集的图像清晰,并且具有性能稳定、体积小、成本低等优点。     

自由空间保密光通信的研究及其实现

利用Mie散射理论分析论证了自由空间光通信传输的光信号在信道外被截获的可能性。提出了两种适于自由空间光通信图像保密通信的方法,并对这两种方法的性能进行了比较。设计并研制了实验系统。利用所提出的方法实现了自由空间光通信的图像保密传输。     

可见光光学目标模拟器的研制

介绍一种能够建立逼真的可见光目标———背景环境的可见光光学目标模拟器。整个装置由计算机图像生成系统、胶片图像源系统、光学耦合系统、主控计算机、控制系统及二轴转台等部分组成。该装置实现了图像源系统与导引头光学系统的完善耦合 ,成像质量高 ,且结构紧凑 ,重量轻 ,是一种理想的可见光目标———背景图像仿真设备     

图像检测螺纹的系统设计

基于视觉的图像处理技术逐渐成熟,将图像处理应用在工件检测中也被广泛认同;利用图像检测螺纹的技术和装置也不断被改进和完善。针对螺纹图像检测中连续性较低、精度不高的问题,设计了一种连续自动螺纹检测系统。在圆盘上均匀分配四个工位,由电机和分割器带动,实现螺纹检测过程的放置提取、工件判断、表面除杂以及图像采集四个过程;高精度工业相机获取的螺纹图像,应用Labview中Vision assistant模块,实现图像的几何畸变矫正、边缘检测、目标分割、图像标定、参数计算和检测。经过实验证明,该系统实现了螺纹检测的自动化,并且提高了螺纹检测的精度。     

DMA在高速红外图像实时处理系统中的应用

针对某红外成像定位系统对红外序列图像处理和诸如图像去噪、非均匀性校正、图像自适应分割、图像测量、数模解算等算法的实时性能要求，提出采用DSP DMA（存储器直接访问）方式处理系统中的转移和大量交换高效方案。以AD21062和EP1C6组成的数字图像处理系统为例，介绍DMA操作在高速红外实时图像处理系统中的应用，并给出具体的设计。实验表明，该设计方案可以使DSP从大量的数据搬移操作中解脱出来，专门的图像处理算法操作能够有效地提高数字图像处理系统的实时性，解决了系统的瓶颈问题。     

应用波分复用改善像束传像系统像质的研究

本文通过分析空间波分复用系统中包散元件的色散平均效应,用线扩散传递函数研究了像束传像性质,由光学成像的本征理论用像束成像信息量分析了波分复用改善像束传像像质的机制,并从实验上验证了上述分析结论.     

两挡变焦光学系统的齐焦设计

受光学材料折射率、光学加工以及光学装校等误差因素的影响,宽视场短焦子系统和窄视场长焦子系统组成的两挡变焦光学系统的实际像面均偏离理想像面即发生像面漂移,但漂移量不同,导致两子系统产生不齐焦现象。为了解决此问题,以某型载荷中波红外两挡变焦光学系统设计为例,分析齐焦设计时定长焦调短焦和定短焦调长焦两种设计方案的优缺点。比较了定长焦调短焦3种方法,即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与长焦焦距变化情况,定短焦调长焦3种方法,即调变倍组与补偿组、调变倍组和调补偿组的补偿量与短焦焦距变化情况,指出定长焦调短焦、单调补偿组的齐焦设计方案为最优方案。