基于光学测棒的立体视觉坐标测量系统的研究

提出了一种基丁测量与校准功能合一的光学测棒的立体视觉坐标测最系统.采用光学测棒作为成像目标,通过任意放置的两台摄像机获取测棒上的发光特征点的图像实现被测物体三维坐标的测量,同时利用测量数据定期对两台摄像机外部方位参数进行校准.深入研究了两台摄像机内部参数和外部方位参数校准过程中的校准件和校准算法的设计,以及系统测量建模等关键技术,提出了相应的解决方案,减小了摄像机内外参数校准及测量模型对测量结果的影响,提高系统的测量精度.实验结果表明.该系统的最大测量误差为0.11 mm.     

基于机器视觉的轴偏角归一化检测系统

在复杂的测控、发射、跟踪等系统的制造和使用中，分系统或部件间的安装位置偏差会影响控制、跟踪、发射的精度和系统其他指标测量结果的准确性，因而需要进行测量和校正。提出了基于视觉图像定位光斑中心的轴偏角测量方法，并基于LABVIEW虚拟仪器平台构建了机器视觉测角系统。以某大型武器系统为测试平台，对不同属性的轴(如发射轴、瞄准轴、激光指示器轴、制导中的测量基线等)进行归一化测量和校准，得到了满意的效果。     

提高基于CCD测量精度的新方法

为了提高基于CCD测量系统的测量精度,对传统的基于CCD的测量方法和测量精度进行了研究。当CCD成像平面与被测物体成一夹角α时,导出空间距离与图像像素之间的非线性关系。提出了通过标定和校准来提高基于CCD测量精度的新方法。实际结果表明,该方法可满足对大尺寸物体的高精度测量。     

基于数字图像的高精度面内转角测量方法

针对科研与工程中转角测量优于5″的高精度要求,提出了一种用直线做特征标志的基于图像的测量方法。用高分辨率相机采集被测物上长直线标志,通过高精度检测图像上直线的倾斜角度来计算转角。分析了基于图像高精度角度测量中出现的多种原来无需考虑的影响精度的因素。给出了角秒级角度测量时直线的拟合检测算法以及直线标志的成像宽度、长度、与采样方向的角度等参量的选择应满足的条件。仿真和实验结果表明直线宽度5~9 pixel,直线方向避开与采样方向成0°和45°角时角度检测精度达到最优,当直线长度不小于1000 pixel时测量精度优于5″。     

立体视觉测量系统现场校准技术

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确校准立体视觉系统变得越来越重要.提出了一种利用光学参考棒,基于单位四元数法的灵活、有效的立体视觉测晕系统现场校准技术.该方法以光学参考棒为校准靶标,以参考棒上的三个共线的距离已知的红外LED作为特征点,通过在测量范围内不同位置对光学参考棒上特征点成像,灵活、有效地实现两摄像机之间的外参校准.参数校准过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,从而使得不同位置处光点图像的强度一致,并且可以获得高的信噪比,提高校准精度.实验结果表明该方法具有相当高的在线校准精度,在实际应用中能获得很好的效果,最大测量误差为0.15 mm,最大标准差为0.11 mm.     

机器视觉螺纹图像评价方法北大核心CSCD

为了提高机器视觉螺纹的测量精度,建立了基于螺纹图像质量的评价方法。通过对螺纹灰度图像的行灰度分布情况和螺纹光学成像特点的分析,揭示出由于螺旋升角造成螺纹图像牙廓边缘失真的机理。在分析多种螺纹图像评价方法性能的基础上,采用基于螺纹边缘的评价算法L-yakuo,计算多幅不同物距螺纹图像的评价值。最后,通过对机器视觉求取的M14×2、M20×2.5牙型角和接触测量仪得到的牙型角进行实验对比分析。实验结果表明:采用L-yakuo算法得到最清晰的牙廓图像后再进行机器视觉螺纹牙型角求取,规格M14×2、M20×2.5的螺纹牙型角精度平均提高9′33′′。借助L-yakuo算法能够灵敏地反映螺纹牙廓清晰度,基本满足了螺纹图像清晰度的评价需求,评价值的变化和牙型角相对误差的变化基本一致,且该评价值具有精度高、易计算的特点。     

一种基于平面靶标的全自动标定方法

摄像机的快速高精度标定一直是视觉测量中亟需解决的主要问题,目前针对不同的摄像机成像模型有多种标定方法。提出了一种基于圆形标记点以及极径、极角的棋盘格角点排序算法,实现了单目和多目摄像机的高精度全自动标定。通过实验验证了该算法对于不同位姿标定图像的有效性和稳健性,实验结果表明改进后的标定方法既保证了摄像机的标定精度,又提高了标定的自动化程度,可以广泛应用于机器视觉中的单目和双目摄像机的标定。     

高精度V棱镜折射仪光机结构设计

针对传统V棱镜折射仪采用光学度盘,目视对准方式无法满足现代光学玻璃生产线以及高精度折射率测量的需求。提出一种新型的高精度基于CCD 机器视觉对准的V棱镜折射仪的总体设计方案,并对准直光管、传动机构、锁紧和微调机构以及轴角编码测角机构等主要组成部分进行了光机结构设计。在考虑空气折射率影响因素的修正公式的基础上,分析了仪器的检测误差。实验结果表明:其折射率检测精度可达 310-6,满足了高精度V棱镜折射仪的技术指标要求。     

基于多头读数布局的圆光栅自校准方法研究

针对测角系统在线校准问题,提出了一种基于多读数头布局的自校准方法。通过多组传感器的测量数据,利用圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立测量值与误差之间的函数关系,并基于多读数头布局原理,对自校准读数头布局进行优化,以提高校准方法对误差的抑制能力,实现单读数头测角传感器的自校准。设计了单轴转台,搭建了自校准测角系统,并进行了实验验证。实验结果表明:测角系统采用自校准方法后,单读数头测角传感器的测角误差为6.10″,在相同的测量环境下,其校准精度接近借助外部参考标准的传统谐波标定方法。自校准方法可有效抑制测角误差,显著提高测量精度。     

机器视觉应用中物体离焦及过厚对测量精度的影响

机器视觉技术在工业测量中具有广泛应用,实现高精度的机器视觉测量对精密加工、制造具有重要意义。针对机器视觉应用中待测物体偏离焦面及在纵深方向过厚导致测量结果出现误差的问题进行了研究。重点讨论了系统中镜头远心度引起的平行性误差及其对离焦物体测量结果的影响。实验结果表明,在物体偏离最佳成像面而引入的误差中,平行性误差占到90%左右,因此可通过后期对平行性误差进行补偿以较大程度地提高系统测量精度。此外,针对待测物体过厚导致边缘模糊这一问题采用多种边缘检测算法进行了分析。结果表明在一定范围内,物体纵深方向越厚,边缘检测误差越大。在这一结果的基础上,对算法进行改进,提出一种基于图像灰度曲线的补偿方法,使测量误差由超过20μm降至10μm以下。