激光扫描三角法大型曲面测量中影响参数分析

介绍了基于光学三角理论的激光扫描大型曲面测量原理,详细分析了影响其测量精度的几个主要因素,即被测物体表面的光学性能、物面倾斜、光学系统畸变及散斑等对测量精度的影响,针对大范围测量时,光斑图像时占用多个像素及诸多因素造成的光斑图像强度分布不均,以致于很难读取真正光斑同何中心的问题,文中提出了基于Ｈｏｕｇｈ变换的光斑中心提取方法,实验表明了该方法对提高大型曲面测量精度的有效性。     

基于分层插值和最小二乘拟合的亚像素细分算法

在分析传统的光疯质心亚像素细分算法误差原因的基础上,提出了一种基于“金字塔思想”分层方式的三次线形插值和最小二乘拟合的质心算法。通过多次插值对光斑图像进行逐层细分,采用最小二乘曲面拟合在每一层内进行迭代计算。结果表明,该文分层插值方法提高了图像的分辨率,减小了图像系统误差和随机噪声等因素对算法精度的影响,通过该方法获得了较高精度的图像光斑中心位置。仿真实验测试证明,分层插值拟合方法精度优于质心法和曲面拟合法等传统算法,在实际的飞行器测量实验中具有很好的实用性。     

光斑分析仪数据处理中几个关键问题的研究

传统光学测试有大量繁琐的前后期处理过程，集光、机、电、计算机一体化的智能光斑分析仪解决了这个问题，整个系统采用积木式结构，自动实现成像光斑的灰度数据采集及后续图像处理，测量准确、直观，对简化操作步骤、提高测量精度、降低操作人员劳动强度有着重要意义．针对研制过程中数据处理的几个关键问题，进行了深入的研究并提出解决方法。     

激光光斑定位的多圆拟合算法的研究

介绍了用于提取激光光斑参数的曲面拟舍和圆拟合算法，在圆拟合算法的基础上提出了新的多圆拟合算法，在不同的噪声水平下比较了曲面拟合算法和多圆拟合算法所能够达到的精度。研究结果表明，多圆拟合算法具有更好的抗噪声性能，除了可以检测光斑中心外，多圆拟合算法还可以检测其半径达到亚像素级的光斑，所以能够广泛地应用在光学测量系统之中。     

基于图像变换的自由曲面光学透镜面形测量

对称中心的自由曲面光学透镜的光学表面面形测量 ,是光学加工制造领域的难题。为达到高精度测量 ,提出一种可用于自由曲面光学透镜在线光学测量方法。基于光学透镜的图像变换特性与其光学表面面形之间存在着的拓扑关系 ,通过对标准输入图像和经过待测自由曲面光学透镜变换后的输出图像进行智能辨识、分析和处理 ,求出该光学透镜的变换矩阵 ,并据此精确测量出待测光学透镜的曲面面形。实验结果表明 :基于图像变换的测量方法的测量误差小于 2～ 3μm,能够适用于自由曲面光学透镜的非接触、快速高精度测量     

一种基于分数阶Fourier变换的光斑图像抑噪方法

在激光光斑中心定位系统中,光斑图像噪声直接影响中心定位的精度。为了保证光斑重心的测量精度,抑制光斑图像噪声,针对信号和噪声有很强的时频静合特性,通过分数阶Fourier变换（FRFT）分析了含噪声激光光斑图像在分数阶Fourier域的幅度特征,在一维信号分数阶滤波系统参数估计的基础上,利用多阶段的滤波结构滤除激光光斑图像中的高斯噪声。仿真结果表明,该算法能较好地在强噪声背景下将光斑图像恢复出来,抑噪后的光斑基本能满足激光光斑中心定位系统的预处理要求。     

四象限探测器光斑定位精度影响因素研究

基于四象限探测器的光斑位置检测原理,建立了不同光斑半径、能量分布和探测器死区等影响因素下四象限探测器输出偏置电压与光斑位置的表征关系．数值仿真结果表明：通过选择合适的光斑半径大小、探测器的测量区域、选择死区较小的探测器等,可有效提高探测器的定位精度．基于仿真分析,搭建了测试实验和利用均匀光斑、探测器存在死区情况下的表征方程对测量结果进行数值计算．实验结果表明：与标准值比较,在该表征方法下,在300μm范围内,四象限探测器光斑中心定位精度为0.35μm,均方根为0.18μm.     

基于主动视觉的测量装置精度校准方法

针对工业在线监测对测量装置精度及稳定性的要求,对视觉测量装置精度校准及维护方法进行研究。分析透视原理下引入图像畸变的测量装置成像模型,推导测量装置相对基准激光做直线运动时光斑在畸变图像中的轨迹方程,提出一种基于主动视觉的测量装置精度校准方法:首先,通过控制测量装置做二维平移运动得到校准所需的特征点信息;接着,利用光斑的畸变轨迹方程求解测量图像的畸变系数并对图像进行畸变校正;最后,求解图像平面到被测平面的单应性矩阵从而完成精度校准。对特征点的布置方式进行优化。研究结果表明:校准后的定位测量峰值误差为0.373像素,均方根误差为0.178像素。该方法精度较高且易于实施,能满足工业在线检测的要求。     

基于光学自由曲面的三维位移测量系统

针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测.     

基于数字图像技术的桥梁动态位移测量应用研究

文章开发了一套基于数字图像处理技术的桥梁动态位移测量系统。该系统对采集的光斑图像进行二值化及图像滤波处理,进而搜索光斑中心在像素坐标下的变化来求其空间坐标,以达到识别桥梁动态位移的目的。为证实该系统测量的可行性与准确性,在实验室进行了精度实验,静载、动载测量以及实桥测试。同时用该系统采集的位移数据进行频谱分析,频谱结果与其理论基频吻合。结果表明,在测量环境不变的前提下,该系统的测量结果与其对比方法测量结果基本一致,系统测量精度在毫米级情况下频谱分析所求得的频率结果较为准确,满足桥梁位移测量与基本动态特性分析的需要。     

基于环形光切法的复杂深孔图像检测

针对膛线炮身管提出了一种基于环形光切的图像检测方法。该方法利用环形激光束照射到深孔内膛表面上形成的环形光斑图像进行检测。通过对环形光斑亮度极值线的亚像素提取、缺陷点剔除、数据分离、参数回归和系统标定,实现了截面形廓和尺寸的检测;通过多个截面形廓数据,实现了深孔内膛形貌的检测。在对直径为130mm的膛线炮身管的检测中,该方法的单点轮廓测量精度达到了0.1mm,满足了身管质量控制和使用维护所需要的测量精度要求。     

基于图像处理的激光中心实时滤波算法

为了提高激光线结构光在复杂3D曲面测量系统中激光中心的计算精度,提出基于图像处理的激光中心快速滤波算法,对激光亮带的搜索和亮带区域的平滑滤波同时进行,以消除传统图像边缘检测算法和整帧图像平滑处理计算数据量大的缺点.同时还提出排除虚反射光的激光中心线平滑滤波算法.对同一像素多次重复测量实验表明示值稳定性达0.16个像素,算法在精度和速度上满足实用要求.     

二维多波束高精度测向技术研究

为了获得一种高精度的二维多波束测向方法,本文首次将曲面拟合技术应用于二维多波束测向,提出一种基于曲面拟合的二维多波束测向方法,并总结出影响该方法测向精度的三个主要因素,最后通过仿真实验分析了三个因素对测向精度的影响,结果表明该方法具有很高的稳健性及较好的测向精度。     

处理光滑曲面上指印光斑方法的实验研究

目的解决并处理曲面上指印物证照片光斑影响难题。方法提取拍照时,利用不同配光角度记录两次相同背景相同反差但光斑位置不同的照片,利用PhotoShop软件"橡皮擦"工具进行图像拼合,达到去除光斑的目的。结果图像处理后的物证照片即消除了光斑又能反映纹线细节的检验效果。结论处理曲面上指印时,图像拼接法是一种可以去除光斑影响的有效方法。     

基于立体视觉的自由曲面三维重构

利用BP神经网络对立体视觉系统进行隐式标定,采用投射大小光斑的方法增加自由曲面的图像特征;提出了一种基于射影变换原理的分块匹配算法,分别在左右两幅图像上,对大点构成的区域进行标准形状变换,然后实现区域内小点的自动匹配.对石膏像面部进行三维重构的实验表明,投射光斑的方法增加了自由曲面的图像特征,分块匹配算法能有效地实现图像间的特征匹配.     

一种基于图像处理的亚像素测量方法

该文提出了一种基于图像处理的像素灰度值加权平均法的基本原理及计算公式,通过该方法可以有效地测量图像亚像素级精度移动．同时,还分析了影响该方法的测量误差的因素,并利用实验来验证其有效性．     

渐晕对面阵CCD高温计精度的影响及校正方法

基于面阵CCD(chargecoupleddevice)的高温计由于存在光学系统渐晕,直接测量得到的温度场会发生严重畸变,大大降低了测温精度.因此,根据辐射测温及几何光学理论,建立了基于面阵CCD温度场测量的温度畸变数学模型.分析了光学参数对温度场测量精度的影响,并提出了一种基于图像邻域灰度梯度分布稀疏特性的渐晕系数估计方法.该方法与利用积分球标定方法相比,其渐晕系数估计的最大绝对误差为0052,且其有效性在铸坯表面温度场校正实验中得到了进一步验证.     

基于图像处理的激光中心实时滤波算法

为了激光线结构光在复杂３Ｄ曲面测量系统中激光中心的计算精度，提出了基于图像处理的激光中心快速滤波算法，对激光亮带的搜索和亮带区域的平滑滤波同时进行，以消除传统图像边缘检测算法和整帧图像平滑处理计算数量量大的缺点。     

基于双目视觉和主动光源的河工模型三维地形测量方法

针对河工模型三维地形测量需要,提出了一种基于双目视觉和主动光源的非接触多点测量方法.首先,利用传统的DLT模型(Direct Linea Transformation)估算图像主点坐标,再借助考虑畸变矫正逐步补偿的非线性优化方法标定出相机的内外参数;其次,通过图像形态学处理提取点阵光斑的质心坐标,根据定位光斑与其余光斑的位置关系精确匹配出左右两幅图像中的同名斑点;最后,利用超定线性方程组计算点阵光斑的三维坐标,插值重构出河工模型的三维地形图.该方法装置简单,测量速度快,测量精度达0.2mm,具有良好的推广前景.     

双光斑中心识别算法比较

自准直仪是比较常用的测角仪器,其原理是检测激光形成的图像光斑的中心之间的距离,通过2个中心的横纵坐标差来计算物体偏离的角度．利用迭代阂值和图像分割等方法将光斑图像进行预处理,然后将得到的图像分别用重心法、圆拟合法和匹配法进行中心定位,并最终进行偏离角度的测定．文中介绍了所使用的几种方法,并进行了仿真比较,结果表明,圆拟合法更有优势．