CCD摄像头圆目标中心定位方法

在大型设备自动对接系统中,需要CCD摄像头对一设备截面的圆目标进行图像获取,并找出图像的中心点坐标,用于两设备的中心对准。为了满足实时性测量和高精度定位要求,提出一种CCD摄像头圆目标中心定位方法。先对图像使用中值滤波方法进行图像增强,利用广义数字形态学中的多结构抗噪膨胀腐蚀型算子提取单像素宽图像边缘,用多项式插值法对图像边缘进行亚像素定位,用半径约束最小二乘圆拟合法对圆中心进行精确定位。实验测量结果表明,该方法测量时间短、精度高、稳定性好,亚像素定位精度优于1/20像素,中心点总标准偏差小于0.01,可满足设备自动对接系统要求。     

基于Zernike矩的保持架直径测量方法

为了解决轴承保持架人工抽检费时费力等问题,同时提高工业生产自动化水平,简述了一种基于Zernike矩的保持架直径测量方法;以型号32007E的圆锥滚动轴承筐形保持架为例,提出了基于视觉的直径测量方法,分析CCD相机采集到的轴承保持架大小端面图像,进行图像预处理后,对Sobel算子边界点阈值进行重新设定,快速检测出保持架两端圆面可能存在的边缘点集,增加了有效圆检测算法,剔除部分偏离有效圆的点,再利用 Zernike 矩算子对有效的边缘点进行重新定位,检测出保持架两端圆面的亚像素边缘并计算其精确位置,最后对所得到的亚像素边缘点集进行最小二乘法拟合,获取保持架两端直径具体尺寸;实验表明,该方法测量结果与人工测量精度接近,甚至更高,具有良好的效果和实用价值。     

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。     

基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽测量算法

针对图像内的细窄线宽,提出了一种基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽检测算法。该算法具有明确的几何模型,通过计算图像的2阶和4阶Zernike正交矩,推导出了亚像素线宽表达式。根据数字图像的离散性,给出了计算正交矩所需的模板系数,并分析了由离散性造成的原理误差。将所提出的亚像素线宽检测技术应用于安瓿内异物粒径的标定实验,结果表明:该算法可有效地测量弱小目标在图像中的亚像素线宽值,从而得到了异物粒径大小与亚像素线宽之间的标定曲线。     

改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测

为提高工业计算机断层扫描(CT)图像亚像素边缘检测的精度和速度,研究了一种改进的Zernike矩边缘检测方法。该方法采用Sobel边缘算子快速检测出图像所有可能的边缘,通过Zernike矩算子对所有可能的边缘进行重新检测,最后,检测出图像的亚像素边缘并计算其精确位置。由于采用Sobel算子检测出可能的边缘使后续Zernike矩算子检测范围缩小,从而减小了运算量,提高了运算速度。对实际CT图像进行的实验结果表明:改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测精度绝对误差<0.24 pixel,改进算法的运算速度提高了约70%。     

基于CT序列图像的旋转体积测量方法

针对工程应用中常见的轴向变化剧烈工件,研究一种Zernike矩亚像素层间拟合轮廓旋转积分的高精度体积测量算法。首先用Zernike矩方法提取亚像素级轮廓,其次采用多项式拟合切片轮廓,并进行等相角间隔采样;然后对等相位的轮廓点采用多项式拟合并通过外插法自动预测工件顶端,将各拟合轮廓旋转一个相角,对旋转块积分并累加得到待测工件的体积。分别对体积相等的3个试块进行CT扫描测量实验,结果表明该算法的测量误差低于0.7%;对实际含内腔工件进行测量实验,结果表明该算法测量精度是Canny台体法的1.5倍。     

一种新的基于弧段提取的椭圆检测方法

为了克服椭圆检测过程中对椭圆完整性和边缘梯度信息依赖性较强的缺点,实现椭圆目标的快速有效检测,提出了一种新的基于弧段提取的椭圆拟合方法。首先将梯度方向符号相同的相邻边缘点连接成弧段,然后根据弧段的凸性和象限分类组成包含三段弧的弧组,定义了新的弧选择策略,利用位置约束和弧对的椭圆中心估计提取候选椭圆,最后采用改进的拟合算法拟合椭圆。实验结果表明,基于弧段提取的椭圆拟合方法相对于LMEDS算法和RHT3具有更好的准确性、鲁棒性和稳定性,实时性也有一定的提高。     

基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法

针对传统的圆心算法过程复杂、定位精度受初始边缘提取效果影响较大等问题,提出了一种基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法。首先引入邻域贡献权值系数,改进传统非极大值抑制法,细化边缘;然后在边缘点的梯度方向对灰度值进行高斯拟合,确定亚像素边缘位置;最后针对边缘突变点提出了基于随机抽样一致的最小二乘法来拟合圆心。实验结果表明,该算法具有较好的精度和稳定性,圆心的提取精度可以达到0.1个像素。     

高功率激光驱动器光束自动准直目标定位算法

为满足高功率激光驱动器光束自动准直的高精度和实时性要求,提出了一种快速高精度的自动准直目标定位算法。首先利用变结构元广义数学形态学边缘检测算法在充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,然后采用拉格朗日多项式插值算法对圆目标轮廓进行快速亚像素定位,最后利用最小二乘拟合以及几何形心拟合的方法实现图像中光斑目标中心的精确定位。该算法在神光Ⅱ升级装置的光路自动准直中得以验证,实验结果表明八路预放光路准直时间小于3 min,主放光路准直时间小于7 min,主放输出光束近场准直准确度优于0.2%,远场指向准确度优于0.2(RMS)。     

光栅投影三维测量系统标定技术研究

相机与投影仪的标定是影响光栅投影三维测量系统精度的因素之一，且标定所得参数的精度直接影响系统的测量精度。分析标志点边缘成像时的退化模型，提出了基于高斯曲线拟合与边缘局部区域效应相结合的亚像素边缘检测方法，获取高精度边缘，提高标志点检测精度；使用基于透视变换图像矫正的标志点快速排序匹配方法，进行相机快速高精度标定。分析投影仪标定时的相位误差，提出了一种基于径向基的线性插值方式，提高标志点圆心相位获取精度。实验验证，使用上述亚像素边缘检测方式，标志点的边缘残差为0.0871，对比基于高斯曲线的拟合方式，精度提高了41%，相机标定重投影误差均值为0.0524像素；使用上述相位插值方式，投影仪标定重投影误差均值为0.1203像素，对比使用双线性插值方式，标定精度提高23.9%。     

汽车焊缝密封胶条的光条中心提取算法研究

汽车焊缝涂胶能够提高车身密封水平, 需要对胶条进行检测并且获得三维信息。激光三角法是应用广泛的检测方法, 其关键技术之一是准确提取光条中心。但针对黑色被检胶体, 光条中心提取鲁棒性差, 因此提出了一种基于光条分割的Hessian矩阵定位和高斯曲线拟合的算法。首先, 将整体图像对比度提高, 运用去噪算法消除干扰的噪声; 然后用极值法初步定位光条, 结合Hessian矩阵对激光条的中心进行定位; 最后利用高斯曲线准确拟合出激光条的中心。实验研究表明, 在对光条图像添加噪声幅度为100的白噪声之后进行处理, 同样能够将精度控制在亚像素级别, 能够提高黑色被检测物体的光条的稳定性。     

局部牛顿插值法提高多狭缝自准直仪准确度

根据多狭缝自准直仪目标物形状特征及光电探测器成像特点,通过边缘检测算法确定经过高斯滤波处理的CCD图像的像元级边界.在此基础上应用局部牛顿插值法对CCD图像边缘位置附近进行亚像元细分,实现亚像元边缘检测;再结合最小二乘直线边缘拟合法进一步提高图像边缘检测准确度.经验证,该算法可达到0.13″的定位准确度.     

靶丸X射线数字图像的轮廓分析及功率谱评价

 针对多层靶丸X射线数字图像的成像原理和轮廓边缘进行了理论分析;推导了由靶丸边缘特征点确定靶丸圆心和半径的精确最小二乘拟合算法;对于不同类型(阶跃状或屋顶状)的靶丸图像边缘,采用均化二阶微分算法或径向吸收强度最小二乘洛伦兹型拟合寻峰算法获取亚像素精度的靶丸圆周轮廓边缘数据;应用快速傅里叶变换算法对靶丸圆周轮廓数据进行分析,获得了靶丸表面外轮廓或内轮廓模数-功率谱特征曲线。     

结构光三维测量系统标定的关键算法研究

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一,标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点,以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位,用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时,推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型,将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性,与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比,X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。     

基于改进倾斜刃边法的CCD相机调制传递函数的测量

提出了一种在倾斜刃边法的基础上进行部分改进的方法。该方法由Canny算子检测采集到的图像中的刃边分割位置,结合刃边图像直方图呈双峰性的特点,利用类间方差最大化阈值分割算法（Otsu）计算对Canny算子性能具有决定意义的高阈值。以刃边区域中每行的质心为ESF中心位置,以0.1亚像素间距对Canny检测下每一行的分割位置及其刃边邻域像素进行离散采样,将获得的二维刃边信息数据沿着刃边方向整体投影成一维数据,得到提高采样率下平均处理的ESF。增加了测量结果的信噪比,运用该方法进行了实验室CCD相机整机系统的调制传递函数测试,对实验中影响MTF测试精度的因素进行了分析。实验测得在奈奎斯特频率处与理论值误差在5%以内。     

基于曲线拟合的亚像素边缘定位方法的研究

图像的边缘定位是图像测量的关键之一,随着测量精度要求的提高,已由早期的像素级边缘定位发展到了现在的亚像素级边缘定位。根据地球在地球敏感器CCD阵面中的成像特性,提出了一种基于曲线拟合的亚像素边缘定位方法以获取地球“灼热圆盘”的边缘。该方法利用曲线拟合获得的拟合斜率以及灰度值来提取图像的边缘。仿真结果表明,采用曲线拟合亚像素边缘定位法可使图像的边缘定位精度达到百分之几个像素,具有较高的精度。     

基于DSP+FPGA的元器件焊接垂直度识别方法

为实现电路板上柱状元器件焊接垂直度的精准检测,设计了一款基于DSP+FPGA的垂直度识别系统。DSP承担核心算法任务,FPGA作为数据预处理单元,完成接口的逻辑、系统的互连以及数据通道。在硬件平台上嵌入了基于元器件形心配准的垂直度识别算法。首先对预处理的图像利用改进的Canny算法提取元器件的像素级边缘,并采用边缘跟踪算法去除噪点和干扰边缘并对元器件进行编号,在粗提取的边缘上用Zernike矩算法来精确定位元器件亚像素级边缘。在此基础上,提取元器件轮廓的最小外接矩形来修正边缘并得到每个元器件的形心坐标,最后根据形心的偏移距离来完成每个元器件垂直度的识别。实验结果表明,该垂直度识别系统的设计方案识别结果精度高,检测速度快,满足实时性要求,具有重要的实际工程意义。     

Sub-pixel dimensional measurement with Logistic edge model

To separate substandard workpieces from products, sub-pixel edge location with Logistic edge model is proposed for dimensional measurement. In the first step, workpiece rotation is corrected with high precision image rotation to reduce the measurement error and simplify the edge model. Secondly, Logistic edge model is utilized for fitting the discrete edge data to locate the sub-pixel workpiece edge and model parameters are estimated through the objective function in terms of the difference between assumed model and real image data. Finally, an edge pixel compensation method is presented with edge pixel compensation value, which weakens the effect of edge transition zone effectively. Experimental results demonstrate that the proposed method is effective for dimensional measurement with the relative error less than 0.05%.     

基于法线引导的激光中心线提取方法

在线结构光三维测量系统中,高精度激光条纹中心线提取是提高测量精度的关键。针对现有激光中心线存在提取精度不高、保留细节差等问题,提出了一种基于法线引导的激光中心线提取算法。该算法具体实现步骤为:首先,对图像进行预处理,结合边缘检测和几何中心法对激光线初步提取;然后,用主成分分析法(principal component analysis,PCA)求取其法线,在激光中心点处划分角度八邻域,通过法线角度引导搜寻有效点集;最后,利用灰度重心法对点集进行亚像素提取。实验结果表明:该算法均方根误差与灰度重心法相比提高了0.233 9像素,比Steger算法、方向模板法更好地保留了光条细节,可以更精确地提取光条中心,达到亚像素级的精度。