基于亚像素边缘检测的圆定位技术的研究与应用

在自动插件机视觉定位过程当中,针对印刷电路板(PCB)圆形定位孔需要快速高精度定位的要求,首先利用模板匹配法进行目标区域的粗定位,将粗定位的目标区域设置为感兴趣区域(ROI),然后通过图像预处理技术获取定位孔的轮廓边缘.在此基础上,采用Zernike矩亚像素边缘检测技术进一步提取边缘的亚像素点,最后采用一种稳健高精度最小二乘拟合圆方法来计算基准圆中心坐标.实验结果表明,自动插件机视觉定位系统总体所耗时间大约120 ms,定位误差均值为0.1像素,满足自动插件机快速精密插件的要求.     

基于圆形特征点的非线性相机标定方法

针对高精度标定板制作困难费用高的问题,提出了一种快速简易的相机标定方法。用数码相机对一张具有不同大小圆形特征点的标定表绕着光轴旋转拍摄几幅图像,利用亚像素边缘轮廓检测算法检测图像中的轮廓;采用最小二乘椭圆拟合方法得到亚像素椭圆中心坐标,用稳定的图像点与空间点的对应算法确定图像点与空间点的对应,计算过程中对所求参数进行了非线性优化。实验表明,重投影平均误差在0．2个像素以下,证明了该方法的可行性和较高的标定精度。     

基于改进Zernike矩的亚像素钻铆圆孔检测方法

在机器人自动钻铆系统中,高精度的圆孔视觉测量技术对制孔的定位精度和质量检测具有重要作用。为了提高钻铆基准孔和连接孔几何参数的视觉检测精度,该文首先基于Canny算子获取像素级边缘点集,实现圆孔中心坐标的粗定位;其次提取待测圆孔所在的感兴趣区域,利用4个Zernike正交矩准确推导了三灰度过渡模型的边缘参数;然后通过判断边缘参数和阈值的关系,计算圆孔边缘点的亚像素坐标;最后根据最小二乘原理实现圆孔中心坐标和半径的高精度检测。仿真结果表明,该算法的圆心坐标相对误差在0.01像素范围内,半径的相对误差精度为0.1像素。稳定性和抗噪性实验表明,该算法适应于不同尺寸的圆孔,并且对噪声的敏感程度较低。因此,该算法有效提高了钻铆圆孔参数的检测精度,在机器人钻铆视觉测量系统中具有重要意义。     

最小二乘改进算法及其在椭圆拟合中的应用

提出一种像素级边缘检测椭圆拟合新算法,用该算法对最小二乘算法进行了改进。首先,将符合要求的准椭圆转化到归一化坐标系;然后利用最小二乘法进行亚像素级椭圆拟合;最后,采用二次曲线拟合点集求解出亚像素及椭圆几何中心。在给定的图形中,利用本文提出的改进像素级边缘检测算法可以明显提高拟合不确定度和拟合精度。     

基于机器视觉的齿轮中心定位算法

齿轮加工精度影响因素复杂，精度测量要求高，齿轮中心(基圆圆心)的定位精度在检测过程中至关重要。为降低工业视觉检测中缺陷与噪声对齿轮中心定位精度的影响，文章提出一种齿顶圆弧分割结合改进随机抽样一致性(random sample consensus, RANSAC)算法定位齿轮中心。对采集的齿轮图像采用Canny算子检测边缘，使用Freeman码进行边缘跟踪；以最小二乘法拟合得到圆心粗基准，通过比较轮廓点到粗基准的距离快速分割出齿顶圆弧；采用亚像素边缘与更精确的阈值对圆弧进行精分割，并结合随机抽样一致性算法对圆弧进行拟合，得到齿轮中心。实验结果表明该算法具有较高的定位精度和较强的实用性。     

人眼角膜曲率测量系统的研究

为解决人眼角膜曲率测量的方法和精度,设计了一套基于图像处理的自动测量角膜曲率参数的测量系统.该研究方法是以角膜反射成像原理为基础,将3个同心圆环投射到眼睛角膜,经角膜反射成像在CCD上,求取全局阈值算法进行二值化图像处理,并进行关键区域特征提取二值化图像,先用Sobel边缘提取方法检测出椭圆环的轮廓,然后用数学形态学的边界平滑及骨架提取方法得到关键区域骨架,最后用最小二乘法拟合曲线计算出角膜的曲率参数.实验采用角膜曲率计用计量标准器进行了测试,结果表明研制的全自动角膜曲率仪符合国家计量检定规程的要求.使用全自动角膜曲率仪测量角膜曲率参数方便、快速、准确.     

光笔式三维坐标视觉测量方法研究

基于便携式双目测量系统,提出了一种新型便携式光笔测量方法。利用标定参数已知的双目像机进行图像采集,结合图像坐标系与空间坐标系的对应关系求得标志点空间坐标;利用最小二乘方法拟合空间直线,得到测头三维坐标与标志点三维坐标数学关系,求解测头坐标。实验结果表明,在摄像机视场范围内,空间坐标测量精度达到1 mm,证明了该光笔测量系统的实用性。     

一种基于图像处理的测量人眼屈光度的方法

针对验光仪在测量人眼屈光度时,特别是在测量高度近视或远视患者时,出现视网膜图像边缘模糊的问题,提出了一种针对模糊图像轮廓提取的方法,从而实现对视网膜图像几何参数的精准测量.该方法通过视网膜区域测量系统对反射环形图像进行采集,利用高斯曲线拟合的方法将环形图像与背景图像分离,求得亚像素边缘点的坐标,并运用曲率滤波方法对边缘点中的噪声点进行检测和剔除,进而由最小二乘法拟合椭圆轨迹,求出视网膜图像的几何参数,从而计算得到人眼屈光度.用此方法对中国计量院标准模拟眼进行测量,测量结果表明,其定位精度和抑制噪声能力可有效提高眼睛屈光度的测量精度.     

基于极坐标Hough变换的焊点检测标定方法

针对探头在粗定位情况下对车身焊点检测效率和准确率方面存在的不足,提出了一种结合焊点形态结构特点,利用极坐标Hough变换算法和改进的边缘检测算子,以精确获取焊点坐标的方法.此方法通过形态结构决策降低参数存储,用极坐标构造二维参数极大地提高了运算速度,再结合滤波、最小二乘法、双阈值法等算法,能在高噪声的背景下对焊点进行检测标定,以提高机械臂末端探头检测焊点质量的效率和准确率,对于工业上车身焊点检测具有重要的实际意义.实验结果表明,该方法处理焊点图像的准确率达到99.2%,且快速性也有很大的提高.     

一种高精度CCD测试系统的非均匀性校正方法

针对高精度光电耦合器件(CCD)测试系统中像素的非均匀性给测试结果带来较大误差的问题,根据引起图像像素非均匀性噪声的特性,建立了对应的图像模型.采用自适应阈值分割算法将图像二值化分离出有效使用像素,并提出了一种采用两点线性方法对非均匀性像素进行校正的算法.仿真实验采用高速面阵CCD采集由激光器发射的圆形光斑图像,并通过计算图像光斑的中心坐标进行了验证.结果表明,该算法能够将图像的复杂背景与光斑分离,可校正其像素的非均匀性,稳定光斑的像素灰度值.在相同条件下连续采集图像,图像光斑的中心坐标稳定.     

拟合道路曲线半径的一种近似方法

在以道路交点为原点的路线直角坐标系中, 建立带有缓和曲线段的圆曲线函数式, 各路线控制点到圆曲线的距离满足最小二乘法原理, 通过迭代法求圆曲线半径近似解     

二维Otsu拟合线阈值图像分割方法

针对已有二维Otsu线阈值法分割方法存在的因误分类而导致的分割质量下降、抗噪性能不足的问题.结合二维Ot-su折线阈值算法和曲线拟合方法,提出了二维Otsu拟合线阈值图像分割方法.本文方法是在二维Otsu折线阈值法基础上进行改进.先对二维直方图中边界信息或噪声所属区域的像素点迭代分割,并设定迭代停止条件,以获得多个阈值点,然后引入曲线拟合的方法,将多个阈值点拟合成线阈值,最后以此线阈值作为分割标准实现分割.实验结果表明:利用本文方法对边缘丰富的图像分割具有较好的分割效果,抗噪能力和自适应能力更强,普适性更高.     

断层测量反求工程中的关键技术

研究了由断层测量轮廓序列重构零件CAD模型的关键技术。根据截面的面积、形心位置等属性，并结合轮廓串匹配技术，提出了封闭轮廓集 分割算法。一个封闭轮廓由圆弧、直线段等规则形状的轮廓段和自由曲线段组成。为了抽取开放的规则轮廓段，提出了特征参数识别和特征轮廓抽取交互进行、有机结合的技术。为了抽取开放的自由曲线段，提出了基于转角映射的特征连接点辨识技术。进一步抽取开放轮廓集时，要解决相邻层上开放轮廓段的匹配问题，提出了基于串匹配的轮廓优化分割技术。实例表明，所提出的轮廓集分割算法可以实现规则形体表面和自由曲面对应开放轮廓集的精确分割。此外，文中对特征的分割策略、参数识别等问题提出了可行的解决方案。     

双目视觉的原木径级快速检测算法

针对成捆原木自动化检尺中原木端面径级检测的关键问题,采用双目立体视觉及图像分割的原理,完成原木径级的快速三维测量.根据原木的直方图特征,提出基于最大熵阈值分割的区域标识算法,设定动态阈值,实现对原木端面与背景的精确分割.将提取的左右图像中原木端面边缘,借助ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征点检测方法,与极线几何理论相结合完成原木边缘的快速立体匹配,得到三维坐标.此外以成捆原木为检测对象,进行原木边缘图像的最小二乘法椭圆拟合,确定原木端面长、短径参数.实验结果表明:该算法能够在10s内完成原木径级的检测,测量误差在2mm内.     

基于颜色不变量和轮廓特征的地面多圆形目标检测

研究了一种室外环境旋翼无人机对地面多圆形目标检测的方法。考虑室外环境光照变化、阴影等自然因素以及无人机飞行高度、姿态变化等因素对目标检测带来的不利影响,首先引入颜色不变量特征;并采用改进K-means算法进行图像分割;其次根据目标轮廓特征,设置面积与圆形度阈值滤除干扰区域;最后,采用基于对称性的最小二乘法与残差度确定目标位置。实际实验及无人飞行器大赛验证了所研究方法的实时性和准确性。     

外耳形状特征和内耳结构特征结合的人耳特征提取

针对人耳的生物特征提出了一种人耳的形状特征和结构特征相结合的识别方法. 首先提取外耳最长轴,即外耳轮廓边缘点的最长连线. 利用外耳长轴把外耳曲线分成两部分,用最小二乘法对这两段曲线分别进行多项式曲线拟合,拟合多项式函数的系数作为外耳特征向量. 同时长轴与内耳曲线的交点作为内耳特征点,特征点之间连线的长度与长轴长度的比值作为内耳特征向量. 长轴的相对不变性保证了特征向量具有缩放、平移和旋转不变性. 实验结果表明此方法在噪声情况下具有较强的鲁棒性.     

椭圆形构件变形测量的数据处理

椭圆形构件由多个刚体管片组成，其变形量可表示为单个管片两端点相对椭圆的位移量．定义仪器中心为测量坐标系原点，椭圆圆心为椭圆坐标系原点．在测量坐标系内，根据多个观测点坐标拟合椭圆方程，得到椭圆相对测量系统的平移旋转参数．将观测点坐标由测量系转换为椭圆坐标．在椭圆系中，求解各管片相对拟合椭圆的平移和旋转参数．最后，通过计算管片端点相对拟合椭圆的位移量得到管片变形量．实际数据处理结果表明，本方法可行．     

基于T--scan测量的薄壁钣金件孔特征重构

针对目前对薄壁钣金件孔测量的效率低,孔心位置和孔半径测量方法上存在的不足,提出一种基于T-scan测量的薄壁钣金件孔特征的重构方法.该方法用T-scan对薄壁钣金件上孔进行扫描得到点云数据;根据点云数据中连续点的欧拉距离将点云数据划分成扫描线点数据;对扫描线点云数据进行算法处理获取位于平面上的点及孔的边缘点;最后对平面上的点采用稳健特征值平面拟合得出平面参数,利用最小二乘空间圆拟合获取孔心坐标值及孔径大小,完成薄壁孔特征重构.通过对试验件和薄壁钣金件上孔进行测量处理,实验表明该算法有很好的实用性且精度满足钣金件孔的实际检测精度要求.     

利用蜂群算法优化的区域高程拟合精度分析

针对最小二乘支持向量机拟合法的拟合参数难以选取的问题,提出将人工蜂群算法引入最小二乘支持向量机建立高精度区域拟合模型的方法。人工蜂群算法可对最小二乘支持向量机中的参数进行全局性追踪搜索,模仿蜜蜂的采蜜过程,将参数的初选值作为蜜源,最小二乘支持向量机预测的平均平方误差作为目标函数,在一定范围内经过迭代更新确定最佳参数,最终建立精度较高的全球定位系统(GPS)高程拟合模型。实验结果表明,相比常规最小二乘支持向量机拟合法,ABC-LSSVM组合方法构建的拟合模型精度提高了28%,在此同时,该组合方法比BP神经网络拟合法的收敛效果更高、稳定性更佳,证明了ABC-LSSVM组合方法在GPS高程拟合模型构建中的有效可行性,为GPS高程拟合模型的建立提供一定的参考价值。