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Zernike矩的亚像素边缘定位算法

亚像素软件处理技术可以在一定程度上补偿图像测量系统由硬件限制引起的边缘定位精度,提出了一种基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法。该算法利用Zernike多项式的正交性与完备性以及复数矩幅度的旋转不变性计算出边缘的亚像素位置。计算出了像素为正方形与矩形(长宽比为4∶3)时的矩模板,使其应用范围进一步扩大。分析了由于矩模板产生的原理偏差,并提出了修正公式,使定位精度得到提高。进一步推导出了实际边缘模型的定位公式,导出了其存在的偏差,并进行了补偿。最终的实验结果表明,补偿后的算法对直线的定位精度达0.05像素,对曲线的定位精度可达0.07像素。     

数字图像直线特征的亚像素位置检测

根据像素点的梯度方向和直线局部特性提出了一种新的亚像素直线特征检测方法。图像中具有相同方向的直线上的点具有相近的梯度方向。因此首先根据边缘点的梯度方向把它们划分为不同的点集;然后在同一点集中扫描得到组成每一直线各自的像素点;再然后根据直线上局部小邻域内像素灰度分布特性,在直线上边缘点的3×3邻域内得到其中的线段解析表达式;最后通过判断在小邻域内所得线段和由边缘点拟合得到直线的位置关系,在线段上得到亚像素精度的拟合点,进一步拟合得到高精度的直线特征位置。实验表明,这种方法的定位精度可以超过0.05像素,角度定位精度超过0 02°,并且具有较好的实时性。     

双目视觉测量系统特征点提取与匹配技术研究

自主研发了一种光笔式双目立体视觉大工件尺寸测量系统,对测量系统中特征点的提取及其匹配技术进行了研究。测量系统采用 Canny 算子和 Zernike 矩相结合的算法实现椭圆光斑的亚像素边缘提取,根据得到的亚像素边缘点,采用基于最小二乘的曲线拟合法得到椭圆光斑的中心坐标。针对特征点的匹配问题,提出了一种基于位置约束的快速匹配方法。实验结果显示:所提方法能提取到椭圆光斑亚像素边缘,可精确计算出椭圆光斑中心坐标,匹配率达到95%以上。     

一种实用的X型靶标亚像素角点提取方法

为了提取亚像素角点和实现高精度的标定,提出了一种基于Harris算子和空间矩的亚像素角点提取方法。利用Harris算子,在优化后的范围内提取像素级角点;运用改进后的梯度模板提取像素级角点周围部分边界点,并利用空间矩的方法得到边界点的亚像素级坐标;将亚像素边界点进行直线拟合,并将交点的平均值作为该角点的亚像素坐标。实际测试证明:利用该方法提取到的角点精度可以达到0.1pixel,可满足实际的公差要求,为X型靶标的角点提取提供了一种新的思路,目前已经将该方法应用到了嵌入式机器视觉工业现场。     

基于自调整测量基准图的直线电机动子位置测量累积误差消减

为解决直线电机动子位置测量中多帧图像位移叠加而产生的误差累积问题,提出一种加阈值变换基准图（TTBM）的机器视觉累积误差消减算法。首先,根据直线电机动子的一维刚体平动特点,生成并优选灰度变化更加平滑的一维散斑图像作为目标拍摄图。其次,采用相位相关算法（PCA）改进灰度梯度方法,对配准图像进行整像素平移后再计算亚像素位移,以增大基准图像与配准图像之间的位移测量范围。最后,提出自调整基准图方法,根据图像位移的测量范围设定基准图像变换阈值,降低位移叠加次数,减小累积误差,实现直线电机长行程精密位移测量。同时,研究了基准图像变换阈值对测量精度的影响,给出了基准图变换的最佳阈值选取范围。仿真和实验表明,所提方法可以有效地减小直线电机动子测量中叠加而产生的累积误差。     

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。     

一种改进的Zernike正交矩亚像素边缘检测算法

在分析Ghosal提出的基于Zernike正交矩亚像素边缘检测算法的基础上,对Ghosal算法进行了改进。指出了Ghosal算法的两点不足,即没有考虑模板效应和没有考虑边缘梯度方向上的一阶导数模型。针对这种不足提出了改进方法。改进后的算法在计算边缘亚像素坐标时更准确,同时还具有细化边缘的能力,使边缘定位更精确。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

光学测量中椭圆圆心定位算法研究

提出了一种椭圆圆心定位算法。先对图像中的椭圆目标进行粗定位,获取椭圆的粗定位信息,再用Canny算子对图像中的感兴趣区域进行边缘检测。根据椭圆的粗定位信息以及图像的边缘灰度分布特征,用高斯曲线拟合的方法求得精确的亚像素边缘点的坐标。针对亚像素边缘点中出现的“孤立点”以及噪声点,分别用曲率滤波和均值滤波的方法加以滤波,将滤波后的亚像素边缘点用最小二乘法加以拟合,求得精确的椭圆圆心数据。实验证明了该算法的定位精度和抑制噪声能力,通过测试算法运行时间,证明该算法具有很好的实时性。     

基于蚁群算法的辊式涂布涂层厚度图像检测

针对目前辊式涂布涂层厚度检测效率低、准确率低等问题，提出一种基于启发式蚁群算法的辊式涂布涂层厚度机器视觉检测方法。采用Canny算子的原理提取出边缘信息，得到了边缘点的先验知识；然后建立了改进的蚁群算法的边缘追踪模型，实现了信息素和启发信息对蚂蚁的导向作用，同时较好地避免了蚂蚁在非边缘区域的分布和行走，解决了传统蚁群算法中随机性与正反馈两种机制的协调问题，使用改进蚁群算法的机器视觉法进行测量实验，与机理建模法对比最大误差为5.74%，平均误差为4.04%，满足实际生产需要。     

光电经纬仪的指向误差

本文提出了光电经纬仪指向误差的最简公式。这个公式的核心是方位角误差的球面坐标转换和高低角的直接计算,文章以几种表达式的比较,阐明了最简公式的优点。     

空间矩和Zernike矩亚像素边缘算子分析

讨论了空间矩、Zernike矩两个亚像素边缘算子的运行时间和定位精度。分析结果表明,Zernike具有更快的运行速度,当计算3个用于边缘定位的参数时,其运行时间较空间矩算子节约了50%。理论分析了空间矩和Zernike矩算子的关系,并推导出了两个算子边缘距离为l的差值公式。测试结果表明,当两个算子的l都限制在中心像素内时,空间矩算子的边缘厚度多达3个像素,而Zernike矩算子的边缘厚度小于1个像素,可见Zernike矩算子的定位精度为真正的亚像素级。经比较,Zernike矩算子的运行时间和定位精度均好于空间矩算子。     

一种多尺度边缘测度融合加权HD算法

一般的边缘加权Hausdorff算法,由于单尺度边缘检测算子本身对噪音敏感,会造成真实和虚假边缘显著性差异小,从而加权后对噪音鲁棒性改善有限.为此,提出了一种基于多尺度边缘测度融合加权的Hausdorff景象匹配算法.对图像提取多尺度边缘测度后,引入证据推理理论,提出一种双向指数基本置信指派构造方法,并构造出多尺度边缘测度的基本置信指派函数,然后采用冲突再分配DSmT组合规则进行融合.为了进一步区别真实边缘与高频噪音,对加权Hausdorff公式进行了一些改进,给出了更为有效利用融和后边缘测度的加权Hausdorff公式.对可见光和SAR景象的匹配实验证明:本文算法所提取边缘在抑制噪音的同时保留了大量景象细节信息,并通过横向对比验证本文算法提高了噪音鲁棒性.     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

The high precision positioning algorithm of circular landmark center in visual measurement

For vision measurement in the center circle landmark location problem, an improved center of the ellipse based on Zernike moments sub-pixel positioning algorithm was proposed. First, using Sobel operator edge of the image pixel level positioning and then use the constructed Zernike moments to solve the model, combined with Zernike orthogonal polynomials and completeness and plural moment magnitude rotational invariance calculated edge sub-pixel position; followed by analysis of the principle deviation generated by the moments template and ideals model, a correction formula was proposed to compensate and improved edge criterion used to image sub-pixel edge positioning; finally, using the least-squares ellipse fitting algorithm fitting circle center, reverse edge point, filtered residuals larger point, and then precise positioning of the ellipse center. The experimental results show that this method has good stability and high positioning accuracy can be efficiently used in many applications.     

Weyl Ordering of Two-Mode Fresnel Operator and Its Applications

By using the Weyl ordering operator formula and the Weyl transformation rule, we derive Weyl ordering of the two-mode Fresnel operator, and then obtain its matrix element in the coordinate representation, which is the integral kernel of the generalized two-mode Fresnel transformation in classical optics. By means of the optical operator method, we obtain a decomposition of the two-mode Fresnel operator’s Weyl ordering and an operator identity.     

Direct Evaluation of Transition Amplitude Using Determinant of Wave Operator in One-Dimensional Potential Scattering System

A determinantal formula is developed for direct evaluation of transition amplitude without solving the wave equation in a one-dimensional potential scattering system. Our formulation is 5ased on the principle that a desired quantity can be extracted from the wave operator, which is the master operator maintaining all the information of the system. This principle is tested in a simplified system, i.e,, in a one-dimensional potential scattering system. We are now developing a formula for direct evaluation of near-field amplitude to design a system, in which local field enhancement is desired.     

Recapitulating Quantum Phase Space Representation by Virtue of Normally Ordered Gaussian Form of Wigner Operator

Using the normally ordered Gaussian form of the Wigner operator we recapitulate the quantum phase space representation, we derive a new formula for searching for the classical correspondence of quantum mechanical operators; we also show that if there exists the eigenvector ｜q〉λ,v of linear combination of the coordinate and momentum operator, （λQ ＋ vP）, where λ,v are real numbers, and ｜q〉λv is complete, then the projector ｜q〉λ,vλ,v〈q｜ must be the Radon transform of Wigner operator. This approach seems concise and physical appealing.