单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

基于45°反射导光镜的圆孔内壁图像检测方法研究

圆孔工件广泛应用于航空航天等精密制造领域,快速准确地对圆孔内壁图像进行检测是保证工件质量的重要手段。介绍了一种基于45°反射导光镜的圆孔工件内壁图像检测方法,该方法通过将反射镜伸入工件内部获取内壁局部图像,采用连续旋转工件与图像拼接方式获得内壁的完整图像。针对4.5 mm内径的工件设计并制作了一种45°反射镜,理论分析了有效成像区域以及平移和倾斜误差造成的影响。搭建了圆孔工件内壁检测装置,设计并制作了一种专用标定工件,实现了检测装置像素当量的标定。实验结果表明,检测装置的系统像素当量约为5 μm,测量相对误差小于3.5%。单幅图像的有效成像区域得到明显提高,通过拼接方法获得了工件内壁的完整图像。     

激光微角偏移测试系统研究

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点,设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量;利用相对简单的方法完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明,该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。     

基于CCD的三峡升船机船厢行程检测研究

提出了一种适合三峡升船机船厢行程测量的光学测试系统和方法。该系统采用特制的条形码与线阵CCD的像元对应的测量方法作为系统的总体测量方案，对系统的检测原理、光学系统以及数据处理进行了研究，对物距变化的修正与补偿部分，提出了几种有效和可行的方法，并对实验结果进行了误差分析，全程精度可达5mm以内，研制的系统解决了升船机大行...     

基于双目视觉的火炮身管指向全自动测量方法

火炮装备前或服役过程中需要进行身管指向测量以校正火控系统偏差。目前普遍使用双经纬仪进行身管指向测量,该方法的测量效率低,难以满足未来战场环境下火控系统的快速标校。提出了基于双目视觉的身管指向高精度、自动化测量方法,利用合作标志点分析身管转动,将身管转动分解为先后两次绕轴运动,结合铅垂线测量实现身管指向解算,利用LM(Levenberg-Marquardt)算法进行指向优化,得到身管指向最终结果。于实验室开展了半实物仿真,并在某火炮厂进行了实测验证。结果表明,火炮身管的高低角测量精度优于0.15°,其方向角测量精度优于0.12°,两姿态角的重复性偏差均优于0.0035°。所提方法具备高精度、高鲁棒性、全自动的优势,可实现未来战场环境下火炮身管指向的全自动测量。     

基于单应性矩阵的变焦双目视觉标定方法

针对现有变焦镜头标定方法难度大、动态精度低等问题,提出一种基于单应性矩阵的动态变焦双目内外参数估计方法和平面快速重建方法。利用双目图像匹配点及变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计;基于变焦数学模型和单应性矩阵,求解变焦后双目内外参数,实现畸变后双目参数动态估计与优化;通过双目图像单应性进行平面快速匹配和重建。实验结果表明,计算的内外参数与标定结果吻合较好;变焦后,推导的单应性矩阵归一化误差小于0.01,图像重投影误差小于1pixel;重建精度小于0.1mm。     

借助标志点的深度数据全局匹配方法

深度数据匹配是三维光学测量系统的关键问题,借助标志点匹配方法具有廉价、方便、快速等优点,但当前该方法对多视场数据匹配的误差积累问题没有解决.阐述一种借助非编码标志点进行深度数据匹配的方法,利用图像处理及模式识别技术提取标志点,并由光学测量系统标定信息获得标志点三维局部坐标,利用欧式空间距离的刚体不变性,完成两个视场深度数据的精确匹配.并提出一种全局迭代优化算法完成对多个视场深度数据的全局精确匹配,避免了误差积累,最大匹配误差从0.123 mm降到0.076 mm.实验证实了方法的有效性,不仅可以自动、快速完成两个视场深度数据的精确匹配,而且解决了对多个视场深度数据匹配的误差积累问题.     

基于神光Ⅲ主机装置的中子半影锥成像系统设计

针对半影孔加工和检测困难的缺点,设计了半影锥成像系统。根据神光Ⅲ主机装置中子产额条件,确定成像系统排布参数;根据点扩展函数的尖锐性和等晕性要求,确定半影锥参数;模拟半影锥系统的分辨率,以及在不同加工精度、偏心误差、旋转误差和物距误差时,对成像质量的影响。模拟结果表明,系统分辨率能达到15 m,半影锥椭圆度的加工误差要小于0.1,瞄准的偏心误差要小于60 m,旋转误差要控制在0.35 mrad以内,物距误差要控制在1 mm以内。     

非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

能动磨盘变形检测中的各误差因素分析

针对现有f530 mm能动磨盘的检测系统（有效检测口径f420 mm）,系统分析了检测过程中的球头误差、传感器安装角度误差和坐标定位误差,并给出了各项误差对检测精度的影响。同时,还针对检测基座不完全水平的问题建立模型,应用最小二乘法实现了检测数据的去倾斜处理。给出了实测数据去倾斜前后和误差补偿前后的检测精度对比情况,结果表明去倾斜算法能较好地还原实测数据,补偿检测中的系统误差有助于提高检测精度。     

光学标校技术在舰炮武器系统中的应用研究

为了解决舰炮武器系统瞄星标校受天气影响较大的问题,针对雷达（光电）与舰炮一体化的武器系统,提出了一种不需要参照物的光学标校方法。该方法用激光束将炮管轴线引出,通过不失调光学组件进行平行移动并进入雷达（光电）接收窗口,从而获得雷达（光电系统）轴线与炮管轴线的角度差并进行标校。测试与试验结果表明,该方法具有操作简便、效率高、适时性强、标校误差不大于0.5 mrad等特点,与描星方法标校相比,受天气、环境因素影响较小,对充分发挥舰炮武器系统的作战效能具有显著作用。     

基于模板匹配法的枪械射击准确度验收系统

枪械射击准确度是枪械验收的一项重要指标。为提高验收精度、降低验收成本,针对现有验收方法的不足,提出了光电成像并结合图像处理的验收方法。根据成像的图像特点和验收的实际要求,采用模板匹配算法识别代表瞄准线的十字分划,拟合枪管轴线并用十字分划表示,通过检验两十字之间的角度关系来进行射击准确度的验收。研究结果表明,采用模板匹配算法,十字分划的识别精度小于1个像素,射击准确度验收系统的精度约为0.26 mil。     

射击模式对身管温度场影响的研究

以某5.8mm自动步枪身管为研究对象,基于经典内弹道和传热学基本原理,运用一种热-化学方法,建立了三维瞬态身管传热有限元模型,研究了不同射击模式影响下的身管温度场。研究表明:1)镀层对于身管内膛最高温度影响高达12.5%,在身管热分析中不可忽略;2)半自动模式膛内温度比全自动模式降低15.7%;3)对于同样的射弹数,射频的提高与外壁最高温度呈负相关,且最高温度区域会逐渐向身管尾部移动。研究结果可为探讨及解决热散问题提供一定的参考价值。     

微型石英敏感平板玻璃零件参数的激光视觉测量研究

高精度、快速非接触的平板玻璃零件的几何参数测量,已成为相关生产领域的主要问题,也是激光光谱学的一个重要应用方向。平板玻璃零件几何参数的准确检测不仅有助于加工工艺的改进和产品装配精度的提高,还可以实现按参数分档管理。为实现微型石英敏感平板玻璃零件参数的精密测量,提出了一种基于激光与视觉图像处理技术的多参数测量方法,设计了由自适应同轴视觉检测单元和激光视觉厚度测量单元构成的测试系统。为了保证其中的半导体激光器LD(laser diode)能提供稳定的光源,设计了一种恒功率驱动控制系统。在亚像素图像处理中给出了改进的亚像素边缘定位算法,实现了二次曲线特征边缘亚像素精确定位。利用检测出的曲线边缘点数据,通过定义一个新的误差函数并最小化,可以计算出微型石英敏感平板玻璃零件参数,从而实现图像特征参数的精确提取。在实验室条件下进行微型石英敏感平板玻璃零件几何参数的检测试验,测量结果的平均偏差优于2 μm。该方法稳定性好,测量精度高,满足微型石英敏感平板玻璃零件参数检测的精度要求。     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。     

红外热成像技术在炮膛测温中的应用北大核心CSCD

火炮在连续射击过程中,炮膛内壁温度持续积累升高,当其温度超过全可燃药筒燃点时具有较高的安全隐患。介绍了一种基于红外热成像技术的炮膛测温方法与装置。叙述了该装置的组成以及测温基本原理与流程;分析了火炮连续射击换弹的过程,炮膛测温装置利用边缘检测、轮廓提取与识别判断等图像处理技术,自动分析有效测温时间段与目标区域;利用根据最小二乘法标定好的解算曲线,实时确定目标区域的最高温度值与平均温度值,并将温度数据及时上传至火炮控制系统,以判断是否换弹或击发,可有效提高火炮连续射击过程中的安全性。     

基于数字图像处理技术的树脂眼镜镜片缺陷检测研究

通过设计的镜片自动检测光学硬件系统,给出了树脂镜片精细杂质图像处理措施,将图像差分法应用于镜片图像边缘的去除;同时解决了镜片检测灰尘影响的问题;另外运用改进型的归一法解决杂质计数问题,为自动化分级分拣系统的研发提供重要的数据支持,为镜片缺陷检测系统的后续分级分拣的数字控制模块提供了可操作性。该检测系统检测精度为0.03 mm、速度为1片/s,检测误差控制在5%。     

基于机器视觉的低对比度物体尺寸测量研究

工业零件的产品检测是保证零件质量合格最重要的环节.传统的接触式检测方法难以满足工业现场高效、高精度等需求,基于机器视觉的图像测量系统已广泛应用于检测产品的几何参数.非透明物体形成的高对比度图像的测量已经进行了大量的工作,针对透明物体形成的低对比度图像的研究相对较少.以直角棱镜为对象,开发了一种用于测量低对比度产品尺寸的...     

变迹-啁啾光栅在瞬态温度测试中的研究与应用

为了快速准确地获取火炮发射时炮管的瞬态温度场信息,设计了基于变迹-啁啾光纤光栅传感器的瞬态测温系统。系统采用啁啾光纤光栅实现对回波光的带宽调制,从而使回波光带宽大幅提高,大大增加了系统带光栅传感器数量及回波光能量。在分析了五种常见变迹函数切趾性能的基础上,系统采用超高斯函数形式完成对回波信号的切趾处理,有效地抑制了由于啁啾调制所造成的旁瓣增大以及光谱抖动,使系统符合瞬态温度测试的设计要求。实验采用调制范围1 532.0～1 548.0 nm的变迹-啁啾光栅传感器,并在炮管上均匀缠绕,共50个测试点位。针对某型火炮发射时炮管的瞬态温度进行测试,实验数据与WRP-130S型高速温度探测器的测试结果比较。实验结果显示,该系统与WRP-130S型探测器测温结果相近,平均误差小于2%,在温降平稳区优于1%。测试结果中,温度-波长数据满足1 ℃约引起0.041 3 nm(均值)的波长偏移。该系统在一次采集过程中可获得50个独立位置的瞬态温度,大大提高了炮管温度场重建的效率。