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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

非稳腔DF激光窗口热效应及其对远场光斑的影响

以非稳腔ＤＦ激光器ＣａＦ＿２输出窗口为例计算了不同输出功率情况下，窗口材料的温升、相应的波前位相变化以及有扩束系统和无扩束系统两种情况下，远场光斑所受的影响，给出了数值计算结果。     

基于灰度矩的CCD图像亚像素边缘检测算法研究

根据灰度矩算子在目标成像前后的矩不变特性,利用Tabatabai等人提出的前三阶灰度矩建立了亚像素边缘检测算法的完备数学模型。通过实验对该算法的有效性和检测精度进行了研究,给出了工件的实测尺寸对比结果。实验表明:基于灰度矩算子的亚像素边缘检测算法比传统算子具有更高的检测定位精度,可满足图像目标高精度实时在线测量的要求。     

探测器阵列法测量激光远场光斑能量密度算法研究

针对靶场试验装备布局很难做到激光器与阵列面垂直的实际情况,分析了激光探测器阵列系统处理激光光斑能量密度算法的不足。根据激光束照射靶面的倾斜角,研究了激光束与每个探测器形成夹角的计算方法,并推导出了具体的余弦角计算公式,对激光光斑每一点的能量密度进行了相应的修正计算,通过试验应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中能够有效提高光斑能量密度的处理精度。     

强激光远场焦斑重构算法研究

通过CCD图像采集单元结合传统的列阵相机测量高功率固体激光器的远场焦斑分布,采用图像处理技术的边缘算子提取焦斑的几何中心,提出通过几何中心对心的焦斑嵌套重构算法,解决了光斑饱和时的对心难题,实现了快捷准确测量激光焦斑,为激光器的实时控制提供参考数据。     

强激光远场焦斑重构算法研究

 通过CCD图像采集单元结合传统的列阵相机测量高功率固体激光器的远场焦斑分布，采用图像处理技术的边缘算子提取焦斑的几何中心，提出通过几何中心对心的焦斑嵌套重构算法，解决了光斑饱和时的对心难题，实现了快捷准确测量激光焦斑，为激光器的实时控制提供参考数据。     

强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。     

强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。     

基于局部区域灰度矩图像边缘定位方法的研究

在采用机器视觉测量零件尺寸的过程中,提出了一种基于局部区域灰度矩图像边缘定位方法。该方法先利用中值滤波对采集到的图像进行处理,然后通过Prewitt算子对边缘进行初步定位,在此基础上,对图像边缘附近的9个像素的灰度值进行一维灰度矩定位,最后采用误差分析和处理的方法,获得更精确的边缘位置。实验证明,该方法能有效提高边缘检测精度,在检测分辨率为1000DPI情况下,尺寸检测误差小于2um。     

强激光远场光束质量参数的测试

提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO2激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

高功率超短脉冲激光的远场描述方法

 以随机统计和数值模拟为研究手段，对高功率超短脉冲激光的远场描述方法进行了分析研究。结果表明：对理想超高斯光束，半高全宽内包含的能量百分数最大不超过70%，且随着阶数增大而逐渐降低。在光束质量较好时，远场焦斑的半高全宽基本保持不变。由焦斑的半高全宽计算得到的聚焦功率密度，与半高全宽之间没有明确的关系，但与Strehl比以及半高全宽内包含的能量之间具有明确的线性增长关系。对追求高的功率密度的激光脉冲，单纯用半高全宽或者几倍的衍射极限来描述远场是远远不够的，用Strehl比或者半高全宽内包含的能量百分数来表征功率密度更为恰当。     

高功率超短脉冲激光的远场描述方法

以随机统计和数值模拟为研究手段,对高功率超短脉冲激光的远场描述方法进行了分析研究。结果表明：对理想超高斯光束,半高全宽内包含的能量百分数最大不超过70%,且随着阶数增大而逐渐降低。在光束质量较好时,远场焦斑的半高全宽基本保持不变。由焦斑的半高全宽计算得到的聚焦功率密度,与半高全宽之间没有明确的关系,但与Strehl比以及半高全宽内包含的能量之间具有明确的线性增长关系。对追求高的功率密度的激光脉冲,单纯用半高全宽或者几倍的衍射极限来描述远场是远远不够的,用Strehl比或者半高全宽内包含的能量百分数来表征功率密度更为恰当。     

环形孔径高斯光束的远场特性

讨论了环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布,并给出了拟合表达式。首先推导了光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式,然后研究了各种不同中心遮拦和不同光束截断比, 在有以及没有激光束抖动的情况下,对高斯光束的远场环围能量的分布变化的影响。     

基于远场光分布测量微透镜面形误差峰谷值的方法

针对传统微透镜面形测试光路复杂和效率不高的问题,提出了一种基于微透镜远场光斑高效提取环带状面形误差峰谷（PV）值的方法。基于几何光学原理,计算了不同环带误差形成的光斑的分界线位置;建立了环带误差的三维模型,通过仿真不同误差模型下的远场光斑,获得了分界线内外光强比值和环带误差值的对应关系;最后利用微纳加工技术制备出不同环带误差的微透镜阵列,搭建测试光路,通过测试获得了不同环带误差下的光斑能量分布,通过模型计算获得的微透镜环带状面形误差PV值与干涉仪测试结果一致。