一种改进的光条中心提取方法

在采用线结构光投影的三维物体测量中,激光条纹中心检测是影响测量精度及系统分辨率的一个重要因素．提出了一种激光条纹中心检测方法,这种方法通过对极值法获得的中心点的拟合,计算出光条各处的法线方向,并在法线截面上用遗传算法进一步优化出灰度的极大值点．实验结果表明在合理选择遗传算法的交叉率和变异率的情况下,该方法可以有效地获取光条纹中心,满足系统精度要求．     

一种实时准确的线结构光条纹中心提取方法

提出一种基于轮廓关键点和能量中心优化的条纹中心线精确提取方法.利用轮廓点曲率提取轮廓关键点,并根据所提取的关键点对轮廓横截面进行分块;利用Bazen方法提取轮廓横截面法向量,借助灰度重心法提取条纹中心线;根据光刀能量服从偏态分布的特点对条纹中心进行优化.实验结果证明,该方法能够快速、准确地提取激光条纹中心,可以满足结构光焊接系统的实时性和准确性要求.     

快速的线结构光条纹骨架剪枝算法

针对线结构光条纹骨架存在分枝导致条纹中心不平滑的问题,在数学形态学提取骨架的基础上,提出了一种基于端点跟踪的快速线结构光条纹骨架剪枝算法。该算法采用沿分枝方向跟踪识别并去除分枝端点的方式来剔除骨架分枝,不需要建立复杂的跟踪规则来判断剪枝方向,并且不需要设置固定的跟踪阈值,其跟踪长度由分枝长度决定,从而提高了剪枝效率。实验结果表明:该算法的剪枝时间与骨架分枝的总长度呈线性关系;与传统的剪枝算法相比,该算法的剪枝速度提高了3~7倍,能够有效地去除骨架分枝,保留骨架主干。该算法实现了光顺、单向连通的线结构光条纹骨架的快速剪枝,提高了三维测量的精度与速度。     

复杂背景下的结构光条纹中心提取算法研究

线结构光三维扫描建模系统中最关键的一步是提取光条中心线,但环境中各种因素的干扰给中心线提取带来困难。针对线结构光条纹图像存在光斑干扰、光强分布不均、光条宽度差别大、背景复杂等多种问题,提出解决方案。首先采用Otsu对结构光图像二值化;其次采用改进DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)算法保留核心点,去除边界点和噪声点;最后将核心点作为输入,构建图数据结构,采用适用于线结构光条纹图像的最短路径搜索算法得到光条中心线。实验结果表明,该算法运行时间在150 ms以内,误差在0.2像素以内,并适用于多种复杂环境,满足实时性、准确性和稳定性的要求。     

十字激光线扫描立体匹配算法

为研究相交曲线的立体匹配方法,提出了一种基于十字激光的手持式扫描系统的立体匹配算法.该系统首先通过激光发射器投射的十字激光线对被测物体进行扫描,然后通过计算机处理投射激光线图像,从而获得问题的三维信息.为实现在世界坐标系下对扫描的刚体转换进行估计.利用八点算法求出两个相机之间的基本矩阵,再求出十字激光线上的对应匹配点,最后利用三角原理和曲面微分几何的相关知识对十字激光线进行三维提取.经实验验证,该算法有效地解决了匹配点求取错乱的问题,提高十字激光条纹的匹配效率.     

线性结构光心的自适应迭代提取法

针对线结构光测量系统中如何提高光刀中心位置提取精度的问题,根据系统量传递理论,建立了线结构光截面强度的偏态分布分析模型,采用一种基于重心法的自适应迭代算法来提取光刀中心位置,并且分析了被曲面调制后的光刀强度分布变化对光刀中心位置提取精度的影响.分别对45°标准斜面和自由曲面进行了实验,并与阈值重心法、自适应阈值法进行了比较.实验结果表明,自适应迭代提取算法可以得到较稳定、更准确的光刀中心位置数据,精度可从50μm提高到10μm左右,并具有受外界干扰影响较小的特点,因此满足了线结构光测量系统的测量精度要求.     

一种基于光刀法的列车车轮参数动态测量方法

针对在列车车轮参数动态测量中测量精度不足的问题，文章提出一种基于光刀法的列车车轮参数动态测量方法，并分析激光线宽度对测量结果的影响。首先用Solidworks软件对测量系统进行三维建模，并根据光刀法中的相机参数对软件相机模块进行调整；然后对特定位置图片进行RGB提取、畸变矫正、灰度化和中心提取等预处理，并利用特征点提取、曲线拟合的方法计算得到车轮直径、轮辋宽度和轮缘高度等车轮参数；最后利用单边轮实验进行验证，结果表明该文方法的测量精度满足实际测量需求。     

面向光学三维测量的非均匀条纹生成方法

针对投影条纹间距比较小和被测表面法向处于变化范围较大的状态时局部条纹形变严重、分布密集,甚至出现条纹间重叠干涉现象,导致相位求解、条纹中心提取等方法失效的问题,提出了一种非均匀投影条纹生成算法。先利用投影均匀条纹到被测物体上,对相机采集图像中局部条纹分布密集的区域进行相位梯度调整,再运用反向条纹投影原理计算出非均匀投影条纹。对投影均匀条纹和非均匀条纹到被测物体表面进行光学三维测量,仿真和实验结果表明:当测量精度均达到50μm时,投影均匀条纹测量时有7.2%的数据点丢失,投影非均匀条纹时仅有0.24%的数据点丢失,基本上解决了局部条纹变形严重、分布密集导致点云丢失的问题,从而保证测量数据的可靠性。     

Steger算法在运动鞋底表面光条图像中心提取的应用

为了解决运动鞋生产过程光条在粗糙的鞋底表面产生的光斑以及光条宽度变化而带来光条图像的中心提取缺失的问题,提出一种适用于运动鞋底表面光条图像中心的提取算法。在最大类间差法(Otsu)的基础上引入了模板内像素灰度均值和其他像素灰度的差值阈值,从而有效分割出光条图像的光斑区域。采用Canny算子提取光条图像的边缘和宽度,并根据光条图像的宽度来改变Steger算法中高斯滤波核的大小。试验结果表明,所提算法可以准确分割运动鞋底表面的光条图像光斑,并快速提取鞋底表面光条的中心,解决因光条宽度变化而导致光条图像的中心提取失败的问题。     

基于结构光的大锻件尺寸测量中光条纹中心线提取方法

大型锻件温度高,测量条件恶劣、误差较大,精确的尺寸测量可有效减少加工余量并提高材料的利用率.以高温锻件图像采集方法为基础,双目视觉结合结构光法可用于大型锻件尺寸在线测量.为消除干扰光线对在线测量锻件尺寸的影响,提出通过对单幅锻件结构光图像处理提取结构光条纹中心线的方法.该方法利用结构光条纹在截面上近似高斯分布的特点,首先根据设定阈值在行方向上搜索,并确定结构光条纹及干扰光线的起始位置;其后从起始位置开始沿光条纹在设定范围内搜索,并判断光条纹截面是否近似符合高斯分布以去除干扰光线;最后以结构光条纹起始位置为起点上下搜索,并计算结构光条纹的亚像素中心.实验结果表明:该方法具有计算简单、实现快速、稳定性好的特点,可用于大型锻件尺寸测量中结构光条纹中心线的提取.     

热轧带钢层流冷却过程中温度与相变耦合预测模型

建立了温度与相变耦合有限元模型,对带钢轧后冷却过程中带钢厚度和宽度方向的温度场进行了模拟计算.建模过程中,考虑带钢的各金相组织的密度、导热系数、比热容等物性参数为温度的函数,取各相的线性平均值用于计算.根据连续等温转变实验曲线,采用Avrami方程和Scheil可加性法则计算带钢相变潜热,实现温度和相变耦合求解.计算结果表明,带钢经过层流冷却后,沿厚度方向存在着一定的温差,带钢温度沿宽度方向分布不均匀,和现场实测结果吻合.     

涡旋光束的轨道角动量双缝干涉实验研究

利用计算机全息振幅二元光栅对基模高斯光束进行衍射,实验产生不同阶次拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）涡旋光束,用得到的不同阶的LG光束进行双缝干涉实验,根据采集到的干涉条纹扭曲方向及条纹扭曲程度实现涡旋光束轨道角动量的测量,通过调整实验光学系统,分析了LG光束轨道角动量的测量精度.结果表明,基模高斯光束束宽与全息光栅尺寸的合理选择会影响到生成的涡旋光束质量.在确定基模高斯光束束宽的情况下,双缝间距与光束束宽的比例为1：1.5时,双缝对生成的LG光束干涉条纹扭曲效果明显,LG光束轨道角动量测量误差最小.     

基于嵌入式的激光光束质量的测量与控制

本文提出了一种嵌入式激光光束质量参数自动化测量系统。该系统选择混合式步进电机组作为执行机构来获取束腰位置;采用面阵CCD多点探测激光光斑的图像信息,实时计算激光光斑的质心和光强以及光束的束腰宽度和束腰角等参数。     

一种新的静态轧制过程有限元模拟方法

这种新方法将欧拉法与拉格朗日方法结合起来，简单高效。它基于中等描述水平，轧制件纵向上用欧拉坐标，厚度和宽度方向上用拉格朗日坐标，时间变量是独立的，排除在外，计算轧制件厚度和宽度方向上的实际位移时，采用的流线形积分变成了沿着纵向的简单的欧拉坐标一元积分。     

运动带钢边裂识别与最小板宽测量

讨论运动带钢边裂识别和最小板宽的测量问题．分析了边裂的特征和边裂起止点的判断条件，讨论了边裂的识别过程和边裂特征参数的提取，对板宽数据进行合成和处理，给出区段中的最小板宽值．     

冷轧带钢板形屈曲变形失稳限的有限元分析

采用ANSYS有限元仿真分析方法研究冷轧宽带钢板形屈曲失稳特性。利用ANSYS的几何非线性求解模块,建立宽薄带钢二维有限元模型,分析不同形式载荷、厚宽比和张应变下的屈曲失稳过程,计算板形屈曲变形失稳限。分析结果表明:边中复合浪的临界失稳载荷最大,中浪的较大,边浪的最小;边中复合浪的屈曲半波长为板宽的50%～60%,中浪与单边浪为80%左右,对称双边浪约为70%;在同样载荷下,随着厚宽比或张应变的增加,临界失稳限呈增长趋势,并且复杂浪形的临界失稳限增长速度明显大于简单浪形的增长速度。     

基于主成分分析和区域增长的结构光中心线提取

结构光中心提取是结构光三维测量中的重要环节,为了能够在光学条件复杂的情况下实现结构光中心线快速精确的提取,提出一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)算法与RG(regional growth)算法的提取方法。首先,通过图像掩模法提取结构光的感兴趣区域(region of interest,ROI);然后对ROI进行两次高斯卷积得到其梯度分布,根据梯度分布确定一个初始位置;利用主成分分析确定初始位置的法线和切线方向并在该位置沿法线方向进行二阶泰勒展开得到亚像素级中心点,将其作为区域增长的种子点进行迭代运算,最终得到结构光的中心线。本文方法与灰度重心法、Steger法在中心线提取效果和时间上进行了比较,实验结果表明:本文方法在光学条件复杂的情况下,能够在光学条件复杂的情况下,准确地提取结构光的中心线且速度更快。     

矩形基础地基破坏机理细观模型试验

采用自行研制的土体数字化变形测量装置,对承受中心荷载的矩形基础进行了室内细观模型试验,重点研究矩形基础沿着长边和短边剖面上土体位移发展直至破坏的全过程。研究结果表明:矩形基础下地基土位移的影响范围随着荷载增加而不断向竖向及水平方向扩展,沿着矩形基础长度和宽度方向竖向位移的影响深度在破坏时趋于一致,而基础宽度方向的水平位移影响范围约为长度方向的1.5倍,且沿着基础宽度方向地表隆起变形比长度方向大,沿着长度方向滑动面主要由基础两边的剪切滑动区及基础正下方的倒梯形弹性平衡区构成,沿着宽度方向弹性平衡区为三角形,矩形基础下弹性核的形状为横置的三棱台。研究结果为矩形基础地基破坏模型的建立提供了理论依据。     

飞行器质量特性参数测量

质量特性参数(质量、质心、转动惯量、惯性矩)是飞行器重要飞行技术参数,传统的质量质心和转动惯量分别采用质心台和扭摆台测量,一次只能获取安装方向上的质心和转动惯量。由于飞行器结构上的原因,要求物体在一次装夹下高精度获取所有物理参数。为解决这一问题,将质心台和扭摆台合并为一质量特性参数综合试验台,并在台面上安装了可旋转和水平倾斜的斜台,将试件在斜台一次装夹下,测量试件在不同状态下的转动惯量,利用坐标转换法计算出物体三轴转动惯量和惯性矩等质量特性参数方法。阐述了一次装夹下物体质量质心及转动惯量测量原理,讨论了产生测量误差主要原因,分析了斜台倾角误差对测量精度的影响。