差动式双波混合干涉微小振动检测系统

针对工业环境下粗糙金属表面微小振动的在线测量需求,提出了一种基于差动式双波混合干涉的微小振动检测系统。该系统将极性相反的高电压分别施加在两块硅酸铋晶体上以得到差动式双路振动解调信号,进而通过差分处理抑制对电压极性不敏感的噪声并提高灵敏度。为验证所提出方案的可行性,分别进行了仿真分析与实验验证。对一粘连在压电陶瓷上的紫铜片进行振动测量实验,并将振动测量结果分别与施加在压电陶瓷上的电压和激光测振仪的测量结果进行对比。结果表明,利用所提出检测系统可准确获得振动信号的频率、相位和幅值信息,与单路式结构相比,差动式双波混合干涉仪的灵敏度提高了一倍,信噪比从27.47 dB提高到了30.83 dB,相对误差的均方根值从3.07%降低到了1.42%。     

基于分数阶微分的消除局部强反射的孔径测量方法

针对视觉测量硬盘圆孔直径易受到圆孔周围高反光面强反射的影响而导致测量精度不高的问题,提出了一种基于分数阶微分的图像去噪声的处理方法。通过分数阶微分算法对相机采集的带有强反射、高反光的硬盘圆孔孔径图像进行处理,消除圆孔周围强反射表面等不相关信息对圆孔边缘提取带来的影响,通过实验分别与Prewitt、Soble、Laplacian算子进行比较,证明分数阶微分可有效减少所要分析的图像信息量,更好地增强圆孔边缘轮廓信息,可达到更好的视觉效果。对分数阶微分算法处理后的圆孔图像进行Canny边缘检测,提取出有效的圆孔边缘,利用最小二乘法对孔径边缘进行直径测量。实验结果表明:该文算法与其他算法相比,在保证精确提取孔径边缘信息的基础上,对圆孔周围的强反射面进行了抑制,误差控制在0.05 mm左右,保证了测量精度。     

用激光多普勒效应远距离测量固体散射表面的位移

利用激光多普勒效应实现了远距离固体表面的横向位移测量。从理论上分析了双光束差动结构的多普勒频移 ,设计了声光调制、双光束差动、大口径接收的光路系统和计算机实时跟踪补偿的位移测量系统。分别对普通纸张表面和金属表面进行实际测量 ,测量距离为 10m ,测量精度为± 0 .4%。     

单相机立体视觉测量技术的研究

基于双目视觉理论,提出一种摆动式单目立体视觉测量方法,并搭建了相应测量系统。建立了精度分析模型,确定了系统各部分的视场范围,相机在摆动臂的带动下可以完成两个不同位置的拍摄。通过2D平面靶标定法对系统进行标定,采用Canny算子和Hough算子相结合的方式完成轮廓检测,并得到待测工件的匹配点图像。利用最小二乘法进行曲线拟合求取长方体的轮廓交点坐标及空间圆最优化拟合法求取圆的直径,实现对实验样品的三维测量,结果显示该系统相对检测精度达0.6%。     

基于45°反射导光镜的圆孔内壁图像检测方法研究

圆孔工件广泛应用于航空航天等精密制造领域,快速准确地对圆孔内壁图像进行检测是保证工件质量的重要手段。介绍了一种基于45°反射导光镜的圆孔工件内壁图像检测方法,该方法通过将反射镜伸入工件内部获取内壁局部图像,采用连续旋转工件与图像拼接方式获得内壁的完整图像。针对4.5 mm内径的工件设计并制作了一种45°反射镜,理论分析了有效成像区域以及平移和倾斜误差造成的影响。搭建了圆孔工件内壁检测装置,设计并制作了一种专用标定工件,实现了检测装置像素当量的标定。实验结果表明,检测装置的系统像素当量约为5 μm,测量相对误差小于3.5%。单幅图像的有效成像区域得到明显提高,通过拼接方法获得了工件内壁的完整图像。     

基于HALCON的双目立体视觉工件尺寸测量

为了实现对大批量生产工件尺寸的精密测量，该文基于双目立体视觉视差原理，设计了一种工件尺寸实时测量系统；系统通过两个工业数字摄像头实时采集工件不同角度的两幅图像，并基于机器视觉软件HALCON的HDevelop开发环境，对两幅图像进行相关预处理，获取感兴趣区域。提出一种基于canny的亚像素边缘检测、边缘细化、基于atukey权重函数的最小二乘法边缘拟合及边缘均匀取点算法获取精确的边缘特征点，并通过双目系统标定、极线约束与NCC相结合的立体匹配、世界坐标转换、几何计算相结合的非接触式双目视觉方法进行尺寸测量。通过大量实验证明，该方法可有效地获取工件特征点的三维坐标值，不借助外部测量仪器实现工件关键尺寸的高精度实时检测，检测精度达±0.2mm以上，简单快捷，具有较好的准确性和实时性。     

镜像双目视觉精密测量技术综述

综述了镜像双目视觉测量技术的发展现状,从测量原理及传感器、测量模型及标定、测量精度及评价等方面分析了镜像双目视觉测量结构模型,主要包括基于平面折反射的镜像双目结构和基于曲面折反射的镜像双目结构,总结了现有镜像双目测量结构在结构模型、图像获取和对应匹配等方面的优缺点,阐述了镜像双目视觉精密测量技术的发展趋势。     

基于点阵标定板的视觉测量系统的标定方法EI北大核心CSCD

在应用机器视觉技术进行测量时,测量系统的像素当量、系统误差和光源强度等因素均会对测量精度造成影响,因此必须对像素当量和系统误差进行标定,并分析光源强度对工件图像边缘位置的影响。提出一种基于点阵标定板的视觉测量系统综合标定方法,在提取标定圆圆心坐标的基础上,计算圆心距物理尺寸和像素尺寸的比值,得到像素当量;建立圆心实际坐标和理论坐标的二元三次误差模型,并利用最小二乘法拟合求解误差模型系数;通过确定光源强度引起的图像边缘位置误差补偿量,实现测量系统的综合标定。实验结果表明,该方法可以有效提高系统的测量精度。     

角膜曲率测量中自动识别的对焦评价

角膜曲率测量一般是采用视标成像的方法得到角膜的反射像后,通过对反射像的再成像间接得到角膜的曲率半径。为了实现对角膜曲率测量图像的对焦判断,在简化角膜曲率测量系统的基础上,对获取的图像对焦算法进行研究。对角膜曲率测量图像的六个测试光标分别进行像素统计,初步判别过度离焦的状态。对角膜曲率测量图像进行四方向Sobel算子的卷积运算,对得到的边缘增强图像进行对数灰度级像素统计,得到对焦评价值。将该算法与Tenengrad函数、方差函数和单一对数灰度级像素统计评价函数算法做对比实验,评价该算法的可行性。实验结果表明,该对焦评价函数具有良好的精确度、单峰性、灵敏度和无偏性,对细节信息较少、结构简单的图像的对焦评价方面有应用前景。     

基于点阵标定板的视觉测量系统的标定方法

在应用机器视觉技术进行测量时,测量系统的像素当量、系统误差和光源强度等因素均会对测量精度造成影响,因此必须对像素当量和系统误差进行标定,并分析光源强度对工件图像边缘位置的影响。提出一种基于点阵标定板的视觉测量系统综合标定方法,在提取标定圆圆心坐标的基础上,计算圆心距物理尺寸和像素尺寸的比值,得到像素当量;建立圆心实际坐标和理论坐标的二元三次误差模型,并利用最小二乘法拟合求解误差模型系数;通过确定光源强度引起的图像边缘位置误差补偿量,实现测量系统的综合标定。实验结果表明,该方法可以有效提高系统的测量精度。     

基于逆向反射模型的非朗伯光度立体视觉

提出了一种基于共位图像的逆向反射模型,可用于对非漫反射表面的非线性反射行为进行精确建模。该模型可以从像素值精确映射到法向量与入射光线方向的内积。实验仅需一张共位图像和一张多光谱条件下拍摄的RGB图像就可以实现高精度的光度立体视觉性能,大大缩短了拍照所需的时间。对于大批量生产的工件的表面检测而言,由于共位图像可以提前采集后供后续工件重复使用,故该技术可以以微秒级的拍摄速率来实现移动表面的在线检测。另一方面,由于该方法中使用了神经网络来训练近场光度立体视觉模型中的映射关系,省去了传统近场光度立体视觉中的迭代步骤同时提高了对于阴影点、高亮点等异常值的鲁棒性。经仿真和实验验证,该算法能够很好地在极少量图片条件下恢复非漫反射表面的法向量。     

微小深度尺寸现场测量系统的研究

针对目前微小深度尺寸现场测量难的问题,设计开发了一种基于光切原理的现场视觉检测系统,应用自主开发的基于Directshow和VC++的图像采集和处理软件,能快速、准确地检测被测工件表面的微小深度尺寸.实验结果表明,该测量系统景深达700μm,可测量20～990μm的深度尺寸,系统整体的测量不确定度优于3％;在200～5...     

具有高空间分辨力的整形环形光式差动共焦测量法

提出一种新的具有高空间分辨力的整形环形光式差动共焦测量方法。该方法通过整形环形光式共焦测量法和锐化爱里斑主瓣，改善系统横向分辨力；通过差动共焦测量法改善系统的轴向分辨力，最终达到提高系统空间分辨能力的目的。理论分析和实验表明：整形环形光内孔归一化半径ε越大，横向分辨力改善越明显，量程扩展范围越宽；当入射光波长λ=632.8nm，物镜数值孔径取NA=0.85，ε=0.5时，该系统的横向分辨力优于0.2μm，轴向分辨力优于2nm。该方法为光触针测量系统空间分辨力的提高提供了1种新的方法，可广泛应用于超精密三维微细结构工件的超精密测量。     

基于偏振信息的强反射工件高光去除及视觉测量方法

搭建了一种基于反向传播神经网络与高斯分布函数的图像高光去除模型。该模型可以优化图像的特征提取及特征匹配。以高反射率金属工件表面作为实验对象,进行了边缘特征提取及视觉测量精度分析,实验结果表明,所提方法可实现0.75 mm的视觉测量精度,一定程度上验证了所提方法的可行性。     

双目视觉用于鱼苗尺寸测量

为了有效地提高鱼苗尺寸测量的效率及精度,搭建了平行式双目立体视觉系统。根据双目视觉原理,首先基于改进后的由多组同心圆构成的标定板对双目视觉测量系统进行定标;然后利用Harris角点提取算法获取鱼苗图像的关键特征点,并基于归一化互相关(Normalized Cross Correlation,NCC)立体匹配算法对关键特征点进行匹配,提取坐标数据;最后根据坐标数据进行计算,得到鱼苗的空间坐标,实现对鱼苗尺寸的精确测量。结果表明,由所搭建的平行式双目立体视觉系统测量的相对误差在8%以内,为双目视觉应用于鱼类养殖业的可行性提供了依据。     

差动式光纤微小角度传感器

采用双面反射调制技术,设计了双光纤差动式光纤微小角度传感器.动态范图±10’,分辨率1",精度可达3".可用于各种非接触微小角度的测量场合.     

激光扫描在工件表面检测中的应用方法

为了获取磨削工件表面特征信息，提出一种基于激光扫描的磨削工件表面检测方法。利用机械臂带动激光传感器扫描放置在激光测量平面中的磨削工件，从而获得工件在激光测量平面中的三维坐标信息，通过相邻2个扫描点之间的高度变化求出工件边界点的三维坐标信息，结合x轴和y轴坐标的极值点利用最小二乘法拟合出工件边界在激光测量平面中的解析式，进一步求出附着在工件上的坐标系相对于激光测量坐标系的位姿，最后利用工件在激光测量坐标系中的位置矢量信息得出其表面特征信息。实验结果表明，利用该方法对工件表面进行检测，得到工件表面检测误差为0.11 mm，检测平均时间在1 s内，满足工件表面特征检测要求。     

基于图像矩特征的工件摆放类型Parzen窗估计

工件的视觉判别是实现机械手抓取工件的重要环节,如何对姿态变换后的工件进行视觉识别及分类,具有重要的理论及工程研究价值。设计了工件姿态变换实验平台,实验研究了工件姿态变换的视觉识别问题。首先,采用分水岭图像分割方法,实现了工件目标图像的分割。其次,针对工件在水平面旋转姿态变换及在三维空间进行姿态变换两种情况,分别选取单个工件、部分遮挡工件及部分重叠工件构建图像样本,并实现了七个特征不变矩的提取。最后,将工件训练样本的五阶矩、七阶矩的平均值作为工件种类分类目标,采用Parzen窗对待识别工件类型进行概率密度估计,并用带惯性的粒子群算法对Parzen窗估计结果进行优化,克服Parzen窗估计的多峰值问题,实现了对工件摆放类型的准确判别。     

差动式彩色共聚焦粗糙度评定系统及实验研究

为了满足大范围表面粗糙度测量评定的需求,本文介绍了一种基于彩色共聚焦传感器的差动式非接触测量评定系统和方法。在所提出的系统中,两个彩色共聚焦传感器和一个光学平晶构成差动式测量系统,并通过球头球窝连接方式与机械运动平台耦合。使用这种差动式结构可以补偿机械运动平台的直线度误差,并可以有效地提高测量评定精度。在此基础上,本文建立了表面粗糙度测量、误差补偿和测量性能评估的方法。为了验证所提出系统的性能,对标准高度台阶量块和粗糙度量块进行了测量评定实验。台阶高度的测量实验结果表明,在60 mm的行程范围内,所提出系统6次重复测量的标准偏差s为0.16μm,相对标准偏差RSD为0.054%,机械运动平台的直线度误差得到了有效补偿;在测量粗糙度量块时,粗糙度参数R_a和R_q的测量误差分别为0.032μm和0.073μm。所提出系统的粗糙度测量评定能力满足大多数工程应用的需求。     

液晶透镜无偏振片成像的优化算法

液晶透镜因其无机械移动就可以实现对焦的优势,有望应用在机器人视觉、自动驾驶、深度测量等技术领域。在液晶透镜视觉成像系统中,为了不使用偏振片就可以获得高对比度的图像,提出一种优化的无偏振片成像算法。图像边缘体现图像的主要轮廓信息,边缘决定图像的对比度,所以此算法提取图像边缘,在边缘部分利用获取的非对焦图像和对焦图像进行图像处理,平滑区域不作处理,去除由非调制的寻常光带来的低频图像分量,提高图像边缘对比度,同时抑制平滑区域噪声的增加。实验证明,优化后的算法增强了图像边缘的对比度,相比于优化前的算法,图像噪声下降了50%。