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。     

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。     

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。     

椭圆目标的亚像素边缘定位方法研究

分析和比较了三种常见的基于矩的亚像素边缘定位方法,得出三种方法获取的边缘角度以及OFMM法与ZOM法获取的亚像素边缘相同的结论。提出了一种针对椭圆目标的亚像素边缘定位方法。在ROI提取和SOBEL算子初步检测边缘的基础上,利用初步获取的椭圆目标的几何信息,将参与计算的模板个数减少至一个,从而大大减少了运算时间,提高了算法的运算速度。同时实验结果表明,与其他基于矩的亚像素边缘定位方法相比,新方法不仅有更高的运算速度,而且精度和抗噪性能都有很大地提高。     

梯度-曲面拟合法的亚像素位移测量算法

数字图像相关方法作为光学测量的一种测量方式在结构变形测量中有广泛应用,其中亚像素位移测量精度成为关键。基于亚像素位移测量精度影响因素的分析,研究了计算子区灰度插值、计算窗口大小以及拟合距离对亚像素位移测量的影响。提出了一种梯度-曲面拟合法的亚像素位移测量算法,即,先采用梯度法计算出结构的亚像素位移,再对计算子区进行亚像素插值,然后调整拟合距离进行亚像素曲面拟合。最后利用计算机模拟算例验证了该方法具有良好的计算效率、计算精度及抗噪声能力。     

一种快速检测圆心的抗噪声亚像素算法

在印刷电路板的自动光学检测中，被检对象的空间对准是一个关键步骤，而传统的图像匹配技术由于其只能在像素级定位，而无法适应印刷电路板精确对准的要求。本文利用圆的几何对称性，提出一种在亚像素精度快速定位圆心的算法。     

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。     

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。     

A Legendre orthogonal moment based 3D edge operator

This paper presents a new 3D edge operator based on Legendre orthogonal moments. This operator can be used to extract the edge of 3D object in any window size, with more accurate surface orientation and more precise surface location. It also has full geometry meaning. Process of calculation is considered in the moment based method. We can greatly speed up the computation by calculating out the masks in advance. We integrate this operator into our rendering of medical image data based on ray casting algorithm. Experimental results show that it is an effective 3D edge operator that is more accurate in position and orientation.     

亚像元成像系统细胞神经网络插值方法研究

亚像元动态成像技术是实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的有效方法。采用细胞神经网络(CNN)实现了对亚像元图像的实时插值,对插值的过程进行了详细的分析,并与基于亚像元图像的传统插值方法进行了对比。结果表明,亚像元成像系统细胞神经网络插值方法不仅可以节约系统资源,而且还可以提高系统的运行速度。通过仿真证明了该方法的正确性。     

三维测量中空间编码技术的研究

针对三维测量中的关键技术——空间编码技术，介绍了空间编码技术对测量的精度、速度和可靠性方面所起的重要作用。阐述了基于三角法结构光投影的测量原理。对空间编码技术在三维测量中的功能进行了研究，介绍了编码原理，总结了编码方案所应满足的条件。列举了当前典型的几种编码方案和一种新的条纹边界编码方案，并对它们进行了分析和比较，指出了它们各自的优缺点和发展趋势。在此研究基础上对空间编码技术作了进一步的总结，指出该领域未来的发展方向将是彩色编码与已有编码的结合。     

Study of measuring methods on spatial resolution of a GEM imaging detector

In this paper, the limitations of the common method measuring intrinsic spatial resolution of the GEM imaging detector are presented. Through theoretical analysis and experimental verification, we have improved the common method to avoid these limitations. Using these improved methods, a more precise measurement of intrinsic spatial resolutions are obtained.     

基于RANSAC的空间圆拟合算法及其在机械手运动检测中的应用

为了实现对水下机械手运动范围的检测,研发了一套多目立体视觉测量系统。通过测量机械手末端空间运动轨迹,利用空间圆拟合算法可计算出被测关节的实际运动范围。对其中的核心算法空间圆拟合进行了研究。首先空间圆可看作是由一个平面与球体相交而成,其圆心必定在球体上任意两点连线的中垂面上,可基于空间向量的拟合方法推导出中垂面的方程,与拟合的空间平面联立即可求出空间圆方程,进而利用拟合出来的空间圆的圆心坐标求出圆半径。然后对实际测量过程中的错误跟踪点进行了分析,如果在空间圆拟合的过程中对错误跟踪点不加以去除,则会带来错误的拟合结果,从而会大大影响测量结果的正确性。最后提出了基于RANSAC(Random Sample Consensus)的空间圆拟合算法,它可以从一组包含错误点的测量数据集中通过迭代方式有效剔除粗大误差点,从而估计出数学模型的参数和正确的拟合结果。仿真测试及实际测量实验的结果表明,当粗大误差点所占总测量点数的比例小于20%时,所提出的算法可有效地剔除所有粗大误差点,很好地解决了机械手运动范围检测系统在实际工程应用中所遇到的问题。