高功率激光装置打靶精度测试技术

 多路激光打靶精度在惯性约束聚变实验中起着至关重要的作用,提出了基于X光针孔相机的激光打靶精度测试方法。根据显微镜读取的靶平面坐标系的靶孔中心坐标及打多孔靶后X光针孔相机所记录的靶孔中心坐标,建立靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系;通过打焦斑靶,建立焦斑模板,采用套模板的方法,读取X光针孔相机坐标系中焦斑中心坐标;由靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系,求出靶平面坐标系中焦斑中心坐标,计算得到激光打靶精度,分析打靶精度测试结果的不确定度,从而给出多路激光打靶精度测量技术和方法。     

基于双重虚拟圆靶标的激光扫描测头标定

提出了一种基于双重虚拟圆来标定光平面的新方法。该方法利用棋盘的角点在图像坐标系下构建双重虚拟圆,虚拟圆与激光光条直线建立了相对的位置关系,根据交比不变原理计算出光条上的特征点在摄像机坐标系下的坐标。在摄像机视场范围内多次变换棋盘位置,构造出的虚拟圆也相应变换,由此计算得到更多的特征点,利用最小二乘法拟合光平面方程。实验表明,该方法求得的精度要明显优于实际的圆形靶标标定的精度,光平面标定的均方根误差为0.04mm,且棋盘靶标更易于制作,标定计算简单可靠,适合现场标定。     

基于单目视觉的矩形靶面弹着点测量

目前机器视觉技术广泛应用于弹着点坐标的测量领域,针对双目视觉技术标定、演算复杂的问题,提出一种基于单目视觉技术的弹着点测量方法.通过图像处理技术定位出靶面4个角点以及弹着点像素坐标,采用矩形P4P方法解算出靶面坐标相对于相机坐标系的位姿,根据单目视觉成像原理计算出弹着点在靶面的实际坐标.根据该方法成功测量出了实验中靶面...     

基于合作靶球的视觉传感器外参标定方法

视觉传感器的外参标定旨在建立视觉坐标系与外部标准坐标系之间的关系。设计了视觉测量合作靶球以实现视觉测量与仪器测量之间的合作测量。通过将视觉测量合作靶球与激光跟踪仪靶镜相互替换获取公共点在视觉坐标系和外部标准坐标系下的坐标,并利用公共点在两坐标系下的坐标对目标函数进行非线性优化,获得视觉传感器外参数最优解。视觉测量合作靶球的设计将靶标、光源和球形外壳相融合,以满足与跟踪仪合作靶镜的互换性和球心可测的需求。对外参标定过程中的误差传递进行了分析,并通过仿真优化标定精度,以及实验验证该标定方法的精度。结果表明,该方法的外参标定精度可达到0.036mm,能够实现直接、灵活、高精度的公共点数据获取。     

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

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.     

基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

基于十字靶标的双目立体测量系统标定

提出了一种基于十字靶标的双目立体测量系统标定方法。采用多视图几何约束和光束平差优化精确获得两相机内参数,同时得到在两相机各自坐标系下重建出的靶点三维坐标点集;由两组三维点集之间的刚体变换直接求得系统外参数。该方法只需双相机同时对十字靶标拍摄一次,再由两相机单独拍摄若干幅靶标图像即可,现场操作简单灵活。在标定结果的基础上,对长度为611.800mm的标尺进行多次测量,平均值为611.776mm,标准差为0.030mm。     

超大尺度线结构光传感器内外参数同时标定

为实现大型自由曲面工件的高精度快速三维测量,设计了一种由超大尺度结构光传感器和两轴导轨构成的三维测量系统。结构光传感器在两轴导轨的带动下获取图像,通过计算得到目标工件的三维坐标。为了将二维图像坐标转换到三维相机坐标,提出一种线结构光传感器内外参数同时标定的方法。该方法使用准一维靶标进行标定,通过获取运动机构平移过程中靶标与激光光条的图像,计算得到线结构光传感器内外参数。实验结果表明,该标定结果可靠,系统的测量误差在0.6mm以内,满足设计需求。标定过程操作简便,靶标制作简单,适合于工业现场标定使用。     

一种应用于大尺寸测量系统的坐标系自动标定方法

针对现有方法在标定过程中过于繁琐的问题,提出了一种应用于大尺寸测量系统的坐标系全自动标定方法。该方法通过固定两个在测量单元局部坐标系已知坐标的测量节点作为标记靶,测量单元之间相互测量彼此的标记靶获得标记靶上的测量点在不同坐标系下的坐标值,利用这些坐标值建立三维几何约束,从而自动标定不同坐标系之间的坐标转换关系。借助于精密激光定位系统平台进行实验验证,结果表明,所提方法可以实现测量单元局部坐标系之间的自动标定,降低了坐标系标定过程中的人工成本。在距离测量单元布站区域约2 m,大小为5 000 mm×5 000 mm×500 mm的测量空间中长度测量的精度在0.46 mm/m以内,测试点三维坐标测量的标准偏差在0.026 mm以内,可以满足绝大部分工业测量的需求。该方法极大的提高了系统的标定效率,有望为具有自动标定功能的大尺寸测量设备的产品化提供新的理论基础。     

大间距多光轴一致性野外在线检测方法

为满足现代复合光电系统多光轴一致性的在线检测需求,提出一种基于光学自动瞄准和惯性测量的大间距多光轴夹角测量方法。利用惯性传感器提供一个准确且可移动的基准坐标系,瞄准被测光轴并测量其在基准坐标系中的单位向量坐标,再由向量坐标计算光轴夹角,以此检测光轴一致性。构建了测量系统的原理样机,并采用蒙特卡罗法对其测量不确定度进行评定。对复合光电系统中激光测距机与红外热像仪的光轴一致性进行实际检测,实验结果表明,激光发射轴与瞄准轴的一致性测量误差为24.4″,红外热像仪光轴与瞄准轴的一致性测量误差为27.0″。采用移动测量的方式,扩大了测量范围、提高了测量效率,为野外环境下大间距多光轴一致性在线检测提供了一种有效的手段。     

基于同心圆合成图像匹配的双目视觉标定

分析了双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于同心圆合成图像匹配的双目视觉传感器的标定方法。在测量范围内任意多次摆放同心圆靶标,由两台摄像机拍摄靶标图像。根据摄像机模型与已知同心圆在靶标坐标系上的位置关系,构造合成图像,将合成图像与观测图像进行相似度匹配,通过优化定位得到靶标上每个圆的圆心点图像坐标。利用左右图像对应的圆心图像坐标和双目视觉的约束关系,对双目视觉传感器参数进行非线性优化,并得到最优解。所提出的标定方法是在张正友方法的理论基础上,利用了图像的整体性进行的优化。实验结果表明,该方法提高了标定精度。     

基于宏微复合标定的跨尺度零件测量方法

为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量,提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型,利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征,利用双目系统测量定位显微设备,从控制坐标转换精度的角度设计加工特殊的标定块,将其作为跨尺度中转坐标系,标定变焦扫描显微重建点云坐标系与测头坐标系的空间转换关系,从而将局部测量点云统一至一个数据集中以完成所有局部区域的整体拼接。与理论模型对比分析,所提测量方法的各孔圆心坐标分布圆度误差为0.0438 mm,平面度误差为0.0252 mm,对喷注器各孔位姿的点误差值小于0.029 mm,孔轴向误差小于0.1140°。与面结构光传感器重建结果对比分析,所提模型能够在保证高精度重建三维形貌的情况下,更加正确地获取跨尺度零件的尺寸和位置。     

一种微小型导引头视场下偏角的标定方法

描述了一种应用于微小型光学导引头视场下偏角标定的方法，通过获得导引头绕自身回转轴线转动时拍摄的固定靶标图像计算不同旋转角度时导引头中心视线落点和摄像机坐标系原点在世界坐标系下的坐标，以拟合获得的这2组点的分布建立空间几何关系进而得出下偏角。给出了3组实验数据，分别检验该方法的标定误差、实际所需的采样点数并给出了实际工作中的应用效果。实验表明该方法可以快速标定导引头系统的下偏角，其标定绝对误差小于0.10°。     

基于单应性矩阵的大尺寸零件视觉测量图像拼接方法

针对视觉检测技术对大尺寸复杂零件测量精度低的问题,提出一种基于单应性矩阵的大尺寸零件视觉测量图像拼接方法。首先建立世界坐标系→相机坐标系→投影坐标系→图像坐标系之间的归一化模型,提炼出简单易懂的坐标变换表达式H;然后对摄像机进行多次标定,确定像素当量、拍摄视场及焦距;再获取零件图像,利用前面得到的最简坐标表达式H得到拼接图像之间的配准,最后完成若干副图像的拼接,把拼接结果和SURF特征点方法及向后映射模型归一化的拼接结果进行比较。结果表明,该方法可以大大减少大尺寸零件拼接的时间,较SURF特征点方法和向后映射拼接用时分别降低86.55%和67.30%,拼接精度远高于SURF特征点方法和向后映射方法,分别提高了50.95%和25.08%,测量精度满足大尺寸零件检测精度要求。     

单轴晶体的光程差和Lyot型滤光器的视场

 建立了以光线入射方向和晶体光轴方向为基准的入射坐标系，利用波法线反曲面方程和电磁场在晶体折射界面处切向分量连续性的边界条件，得到了晶体中波法线方向、射线方向、波法线折射率和射线折射率的表达式。从非常光的射线方向和射线折射率出发，得到了在任意的晶体光轴方向和入射角条件下，光通过单轴晶体后寻常光、非常光的光程差表达式。对Lyot型滤光单元的透射率和视场进行了计算分析后发现，滤光单元的透射率随光线入射角的变化呈现一定的周期性，视场随光轴倾角的增大而减小。得出了透射率和视场随光轴倾角(光轴与晶体表面的夹角)和光线入射角(光线在晶体表面的入射角)的变化规律。讨论了通过改变晶体倾角实现滤光器调谐和补偿晶体厚度加工误差等技术问题。     

基于透视变换的直升机桨根扭转角测量方法

现有方法常将相机从下至上拍摄标记物图像，当桨叶扭转幅度较大时，相机主光轴与标记物平面法向量存在明显夹角，导致拍摄图像存在透视畸变现象，从而引发较大测量误差。为解决上述问题，提出一种基于透视变换的直升机桨根扭转角测量方法。首先，将靶标垂直固定在桨叶下方，相机正对桨毂拍摄图像。其次，计算桨叶在低速拉平状态下待测方位与正方位靶标图像中的四个顶点坐标，并求解待测方位的透视变换矩阵，然后利用透视变换矩阵对桨叶高速运动状态下待测方位拍摄的畸变图像进行校正。最后，求得基准图像与校正后图像中的圆心坐标，进而计算出待测方位扭转角。实验结果表明，各方位测量误差均小于0.2°。该方法不但测量精度高，而且具有多方位动态测量的优点，在直升机旋翼桨叶运动参数测量领域具有良好的应用前景。     

用于大视场三维探测的人工复眼系统几何标定

为了实现人工复眼系统的三维探测,针对人工复眼视场大、成像过程复杂等问题,提出一种基于双柱面法和反向传播(BP)神经网络的整体几何标定方法。该方法利用BP神经网络对任意复杂非线性关系的强大映射能力,分别在前后两个柱面上对复眼上的每个子眼进行隐式标定,建立图像像素坐标与柱面上二维坐标的映射关系。三维测量时一个图像上的点映射为前后柱面上的两个点,连接这两个点得到一条空间直线,通过最小二乘法求解多条空间直线的交点即可求得三维目标点的坐标。实验结果表明:在人工复眼60°×30°的视场范围的横向测量误差在1mrad以内,纵向相对误差在0.6%左右。与传统的基于小孔模型的标定方法相比,该方法无须考虑复眼子眼的成像模型及其参数求解,而且由于整体标定过程是在同一世界坐标系下进行的,也不必精确知道各个子眼间的位置和朝向关系。此方法完全适用于人工复眼系统的几何标定,能够满足其大视场、高精度的标定要求。     

结构位移摄像测量系统的设计与实现

针对飞机等大型工程结构的位移测量需求,设计实现了结构位移摄像测量系统.该系统采用多台数字式摄像机从不同方向拍摄飞机机身、机翼表面的人工合作标志点,在试验前对各个摄像机的参数进行精确标定,试验过程中实时分析各摄像机采集到的序列图像,检测跟踪得到标志点在图像上的二维像点坐标,根据像机参数和标志点二维像点坐标交会计算得到各标志点的三维坐标,即可得到整个结构的位移与变形参数.结构位移结果可进行三维动画显示,也可随时查看各标志点的位移曲线.精度测试结果表明该系统位移测量误差标准差小于1 mm,相对误差小于1%.该系统已成功应用于飞机机翼位移测量中.     

基于参考靶标的线结构光传感器标定

为提高线结构光传感器(LSLS)的标定精度,提出了一种基于平面参考靶标的标定方法。给出了相机坐标系下参考靶标点中心坐标及激光平面方程的计算方法;将参考靶标点中心向激光平面投影,并以左下角投影点为原点建立世界坐标系,得到了靶标点中心像素坐标所对应的世界坐标;采用多项式拟合得到了任意像素点到世界坐标的转换关系,实现了传感器的标定,标定结果仅为多项式的系数,便于存储和使用;对标定误差进行了分析。结果表明,所提方法得到的各测试点与第一个点间距离误差的均方根值为0.0216 mm,相对于传统方法减少了22%,所提方法在LSLS高精度标定方面具有一定的优越性。