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。     

一种用于计算三维视觉测量中线结构光平面的新型算法

介绍了一种基于线结构光的机器视觉测量系统的光平面计算方法.该方法采用图像减影来获取光条图像,利用Steger算法提取图像中的亚像素光条中心点,再用正交直线拟合法计算图像坐标系下的光条直线方程.通过靶标特征点的世界坐标和交比不变性,计算线结构光在靶标平面上的世界坐标点,并将这些坐标点用正交平面拟合法计算得到光平面方程.为了提高整体准确度,本文对算法进行了细节优化,给出了标定系统的设计方案和实验过程.实验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性和较高的准确度.     

用CMOS线阵图像传感器测量透明材料的折射率

将衍射光栅干涉和CMOS线阵图像传感器技术相结合,提出了自动测量透明材料折射率的方法.介绍了用CMOS线阵图像传感器来实现透明材料折射率测量的基本原理和数据采集方法.采用曲线拟合计算条纹移动距离,提高了对干涉条纹移动量测量的准确性,折射率精度可提高到10-5数量级.     

基于线定标光的内窥镜图像垂直倾斜校正方法

内窥镜图像测量中为了保证测量精度,理论上要求成像系统的光轴与物平面保持垂直,而实际测量过程中光轴与物平面一般存在一定程度的垂直倾斜。针对垂直倾斜对内窥镜图像测量的影响,提出了一种基于内窥镜发射的线定标光的垂直倾斜校正方法。该方法从线定标光的位置信息中提取光轴倾斜信息,并对图像进行校正。实验结果表明,所提出的图像垂直倾斜校正方法能对内窥镜图像进行准确校正。     

基于角度交会的二维坐标图像测量系统

针对基准平面障碍物检测定位问题,设计了一种采用角度交会法测量二维坐标的嵌入式图像检测系统。二维坐标测量系统采用双线法标定线阵CCD图像传感器,并采用角度交会法对被测对象进行坐标计算,从而测得未修正的二维坐标测量结果。采用控制变量法分别测量X轴和Y轴坐标,使用Matlab软件对数据进行处理,并对X轴和Y轴测量误差分别进行多项式线性拟合,进而得到坐标修正公式,修正的二维坐标误差明显变小。实验结果表明：基于角度交会的二维坐标图像测量系统能够实时、准确、快速和可靠地测量二维坐标,为基准平面障碍物二维坐标测量定位提供了一种可行的方案,具有一定的应用价值和意义。     

数字光弹性中六步混合相移技术

数字光弹性应力分析中常用相移法确定等倾线和等差线,最广泛应用的是十步相移法,针对单色光入射引起的等倾线耦合等差线的问题,增加采集白光入射4幅图像,使用不同光弹图像集分别计算等倾线和等差线,测量精度更高但操作复杂、效率较低。本文提出一种优化的六步混合相移方法,将十步相移法的6+4测量方法缩减为3+3的六步测量方法。用仿真模拟实验对本文方法进行误差分析,验证了其具有良好的抗噪性能和相移误差抗干扰能力。真实实验结果表明：与传统六步相移法相比,本文方法有效解决了等倾线耦合等差线以及波片失配误差的问题;与十步相移法相比,本文方法与其等倾线平均偏差约为0.01 rad,等差线平均偏差约为0.09 rad,在提高40%采集效率的同时保证了测量精度。     

基于双目线结构光的机车闸瓦厚度检测

为了提高智能化检测精度,提出了基于双目线结构光的机车闸瓦厚度检测方法,利用线结构光获取物体表面信息,对采集的图像进行光条中心线提取,再根据双目视差原理得出闸瓦的三维信息,从而求出闸瓦厚度。实验结果证明,该方法检测精度高,可以有效解决闸瓦遮挡和视觉盲区等问题,能够满足实际检测需求。     

彩色栅线动态三维测量中自适应相关匹配技术

彩色栅线结构光三维测量可仅靠左右摄像机单幅图像完成像素级相位匹配,能够实现运动或者变形物体型面重构,但其测量精度有待进一步提高.在依据相位进行粗匹配的基础上,采用立体视觉数字相关技术在左右图像局部区域进行更细致的匹配.计算相关系数时,依据彩色栅线各个周期的色彩变化特性白适应调整不同颜色通道的权重,依据不同视点表面变形特性自适应调整左右相关窗口的尺寸.在极线方向上双线性插值进行亚像素匹配.实验结果证明自适应数字相关匹配技术在保证彩色栅线动态检测,分辨率高优点的同时,可有效改善测量精度至0.1 mm,扩大测量适用范围.     

大视场下线结构光光条中心的快速提取

在线结构光三维测量中,线结构光光条中心的提取是关键的一步。针对强背景光大视场下线结构光光条(长度约2m)中心的提取,提出了一种基于感兴趣区域(ROI)的光条中心提取方法。首先用统计的方法确定图像处理的ROI,再在此区域内用最大类间方差法进行阈值分割并用灰度重心法提取中心。结果表明:在VisualC++6.0平台上,处理一帧1280×1024大小的线结构光条图像大约用时47ms,且光条中心提取精度高。这种提取中心的方法很好地减弱了大视场下强背景光的干扰,提高了光条中心提取速度。     

线阵CCD相机MTF的系统模型估计法与图像复原

线阵推扫CCD图像在获取与传输过程中产生退化。针对其复原问题,从图像降质机理的角度,提出用系统模型法估计MTF,并使用维纳滤波、Lucy-Richardson迭代法等方法对大气状况较好时的实验图像进行复原,采用复原图像的MTF曲线和MTFA(MTF area)等指标评价复原图像质量,并与从图像上提取PSF的图像估计法进行比较。实验结果表明,系统模型法能够更简便、准确地估计出MTF,进而取得良好的复原效果。     

谱域OCT的印刷电路板三防漆厚度测量

三防漆是一种广泛应用在印刷电路板（PCB）的保护性涂层,可以有效保护PCB使其免受恶劣环境的损害。三防漆的厚度是评价三防漆涂层质量的关键指标,因此需要对三防漆涂层进行厚度检测。提出了将谱域光学相干断层扫描成像技术（spectral domain optical coherence tomography,SD-OCT）与图像分割算法相结合,实现对三防漆涂层厚度快速无损测量。为了提高测量精度,选用了宽带SLD光源（带宽：180 nm）来设计SD-OCT系统,系统轴向分辨率达到1.72 μm。同时设计了基于边缘跟踪的涂层分割算法来实现三防漆涂层的快速准确分割。为了评估所设计方法的准确性,利用传统的金相切片方法进行了三防漆的厚度测量,将测量结果与该方法测量结果进行比较,分析了两种方法检测到的涂层上下边界吻合程度以及厚度差异。此外,还将所提出的涂层分割算法与我们组之前研究的基于图像梯度的边缘检测算法进行对比,分析了两种方法在测量结果的准确性和运行效率方面的差异,以此来评估该方法的优劣势。结果表明,所设计的三防漆厚度测量方法与传统的金相切片方法的测量结果具有很好的一致性,可以准确地实现三防漆的厚度测量;基于SD-OCT系统的三维成像能力可以直观地看到三防漆厚度地形图,克服了传统的金相切片方法无法进行区域性的三防漆厚度测量的缺陷;相比之前提出的基于图像梯度的边缘检测算法,此方法测量结果更加准确,效率显著提升,具备实时测量的潜力。     

基于重投影的多项式拟合校正射束硬化

在X射线工业CT(ICT)中,射束硬化会导致重建的图像出现伪影,甚至产生变形。为了消除这种影响,提出了一种基于重投影的多项式拟合校正射束硬化的方法。该方法对原始CT图像进行阈值分割二值化,将物体目标区域的像素值设为1;重投影此二值图像以获取X射线贯穿物体的长度集合;利用多项式拟合此长度集合与多色投影间的关系来建立射束硬化校正模型,用该模型对多色投影进行校正。与传统的多项式拟合校正方法相比,该方法不需要楔状模体(用于测量不同厚度下的衰减值,以此来建立射束硬化校正模型)。研究表明,该方法能有效地抑制射束硬化的影响。     

薄透镜厚度引起焦距测量误差的探究

从理想光具组的焦距公式出发,理论上分析了薄透镜厚度引起焦距测量的误差。采用物距像距法测定焦距,并与二次成像法测得的焦距比较,得出实验结论：采用物距像距法测量焦距,因薄透镜厚度引起的误差大小等于物距像距法测得的焦距与二次成像法测得的焦距之差;由于薄透镜的厚度越厚,折射越靠近光心,所测得的焦距值会偏小,因此对厚度引起的系统误差进行修正,得到修正后的焦距为fm＋Δf。     

Measuring thickness change of transparent plate by electronic speckle pattern interferometry and digital image correlation

The thickness change of transparent plates was measured by electronic speckle pattern interferometry (ESPI) method and digital image correlation (DIC) method. An out-of-plane ESPI system was developed based on the Michelson interferometer, and a new thickness measurement method was designed, which is on the basis of Snell's law of refraction and DIC. The main principles and experimental procedures of these two methods were presented. The thickness change of polymethyl specimens under uniaxial tensile loading were measured by the optical techniques and compared with each other. The results reveal that the data obtained with DIC method achieve better linearity than ESPI.     

High resolution spectral-domain optical coherence tomography using a thermal light source

A high resolution spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) system based on a thermal light source was presented. A novel normalized method was introduced to remove the background noise and the DC noise of the interference spectrum. A Gaussian spectral calibration procedure was performed to improve axial resolution and image quality before reconstructing OCT image. With the proposed method, the quality of the obtained images was greatly improved. Two-dimensional (2D) cross-sectional images with axial resolution of 1.2?μm were obtained. Furthermore, the film thickness of single-layer film sample was obtained. The experimental result demonstrates the SD-OCT system has potential for film thickness measurement and surface topography.     

分幅相机像面一致性分析及分幅方法改进

为了提高分幅相机的像面一致性,从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发,分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用,提出了一种提高像面一致性的方法,并以棱锥分孔径实现六分幅为例,在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明,当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时,增大光纤面板厚度或减小纤芯直径,可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构,可有效提高分幅相机的像面一致性.     

Optical measurement of instantaneous liquid film thickness based on total internal reflection

An optical method of measuring the instantaneous transparent liquid film thickness, based on the effect of total internal reflection by the gas-liquid interface, is represented. A light circle whose diameter is proportional to the liquid film thickness and eccentricity is proportional to the slope gradient of the liquid film surface in the measurement region is formed around a small-size light source in the plane of vessel bottom. Using several light sources, the method allows measurement of the liquid film thickness field. The method is implemented in a multichannel meter of transparent liquid film thickness and curvature surface, with computer image processing.     

基于数字图像相关的透明材料厚度测量

提出了一种测定透明材料厚度的新方法。该方法是基于透明材料对光的折射特点,利用光斑点面内位移与材料厚度的变化关系,将厚度的测量转化为对面内位移的测量。将此方法与数字图像相关法相结合,实现了单摄像机对厚度的测定。对轴向拉伸状态下的有机玻璃板的厚度变化进行了测定,将实验结果与理论值进行了对比,两者符合较好,证明了该实验方法的有效性和可行性。     

照明系统对图像检测精度影响的研究

 光源是影响摄像质量十分关键的因素,采用不同的照明方法和光源分别进行实验。用CCD摄像机拍摄标准块规,然后利用递推平均滤波算法对采集到的图像进行滤波处理,减少噪声对边缘检测的干扰,利用一维灰度矩亚像素算法搜索标准块规上下两边缘,用求平均值法算出每幅图片中标准块规的厚度。实验结果表明,随着光源选择的变化,照明系统对图像检测精度的影响不同,采用背光照明并使用医用观察灯照明误差最小。     

用基于厚度估计的卷积算法校正X线图像散射的方法

在数字X线摄影中,散射-眩光造成了图像对比度的下降,为了提高数字X线图像的质量,本方法使用曝光参数和图像灰阶值对图像中的每个像素确定等价的有机玻璃厚度,然后在像素-像素的基础上使用厚度信息估计散射-眩光强度。这里我们把60kV和80kV两种参考状态进行线性组合求校正系数,避免了片面性。为了测试本方法估计散射-眩光强度的能力,把它应用在对志愿者胸部所拍摄的图像中,并获得了一定的结果。本方法为解决数字X线图像中的散射校正问题提供了一种有效的手段。