飞行器多层透明风挡谱域低相干测量方法研究

透明风挡是飞行器的关键结构件,必须具有优异的性能。为减轻重量,飞行器透明风挡采用“有机玻璃-透明聚碳酸酯-有机玻璃”的异质多层复合式结构,其性能与透明件各层的厚度紧密相关。现有测量方法无法满足飞行器透明风挡高效率、高精度厚度逐层测量的综合性需求。为此,提出飞行器多层透明风挡谱域低相干测量方法。首先通过正交色散提升色散能力,从而增大测量量程,然后建立透明件厚度与光谱波数之间的映射模型,并利用高精度平行平晶标定了模型参数,最后搭建了测量系统。实验结果表明所提出的方法最大量程超过41 mm,具有微米级的测量精度,测量速度小于8 ms,能够满足飞行器多层透明风挡厚度测量的需求。

基于改进灰度重心法的线结构光中心提取算法

针对传统算法无法准确提取线结构光条中曲率变化较大区域中心线的缺陷,提出了一种基于改进灰度重心法的线结构光中心线提取算法。基于阈值法提取感兴趣区域和开闭运算滤除图像中的噪声点,获取质量相对较高的待处理图像;利用灰度重心法提取光条中心点,得到初始坐标并设置一个矩形计算区域,根据最小二乘法计算每个初始点的方向向量和法向量;在设定的矩形区域内计算初始点在其法线方向上的偏移量,得到精确的中心点坐标。实验结果表明:提出的算法能在线结构光中心中曲率变化较大区域精确提取中心线,提取精度均值为0.096 pixels,精度比率为44.2%,平均提取速度为0.082 s。

基于圆形标志点的全自动相机标定方法

相机标定是2D图像重建3D测度信息的关键步骤,也是一项耗时的任务,由于标定过程中经常需要人工寻找对应点。本文提出了一种基于圆形标志点的全自动相机标定方法。首先,在传统圆形标志点模板的基础上增设了5个方位圆。然后提出了新标定板下图像特征点的自动检测和匹配算法。匹配结果直接作为Zhang的算法的输入,从而计算出相机内外参数,避免了标定过程的人工干预。最终实验结果显示了所提方法在不同场景和光照条件下的自动性和正确性。

点在平面多边形内外的判断方法

在诸多研究领域中,判断点是否在多边形内是一个非常基本的问题。首先分析了解决这一问题的传统方法, 然后提出一种边界代数跟踪法对多边形进行栅格化,在此基础上设计出Flooding操作和轮廓腐蚀算法进行多边形内外点的判断。试验结果表明该方法具有健壮性好、适用于任意复杂多边形而无需对奇异情况进行单独处理等优点。

一种改进的基于DP原理的分段轮廓采样算法

首先详细介绍了由Douglas和Peucker提出的DP轮廓采样算法。然后采用分割与合并相结合的思想,提出了基于DP算法的分段轮廓采样算法,并从数学上证明了该算法在运行时间上比原DP算法快了η倍,η取值为logn/MnηM。最后,针对医学图像,文章通过实验比较了两种算法的运行时间,结果表明该文提出的算法更快速,也易于编程。

保证拓扑正确的高精度等值面提取技术

基于体数据的等值面提取是反求工程的重要组成部分。针对传统移动立方体算法存在二义性和提取精度较低等缺陷,新算法首先在立方体内采用三线性方法构造出精确等值面,然后引入面肩点、体肩点和变形点作为等值面的关键点,并对其几何属性进行分析,提出了一种自动保持拓扑正确的高精度等值面三角化算法。不同于以往的移动立方体算法,新算法无需事先生成多边形的基本构形列表,也不必进行旋转和互补等操作。对于任一给定的立方体配置,一旦计算出相应的变形点,新算法自动地对等值面进行三角化。最后给出的实例显示了新算法的有效性。

影响激光直接制造金属零件精度的因素及其闭环控制研究进展

讨论了基于激光熔覆的金属直接制造过程所涉及的关键因素 :激光功率、送粉速度、扫描速度、熔池温度及辅助气的流速等对金属零件成形精度的影响。着重介绍和分析了国内外在激光直接制造金属零件过程参数的检测与闭环控制方面的研究现状 ,展望了该技术的应用前景。

保持拓扑和尖角特征的网格简化算法

提出了一种有效的保持拓扑和尖角特征的网格简化算法。由于曲率刻画了模型的尖角特征,该文利用顶点曲率的高斯加权函数对经典边折叠算法的二次误差测度矩阵进行了修正,增强了尖角点对新点位置的影响。鉴于网格的拓扑保持具有重要的工程应用,论述了网格简化中各种可能的拓扑错误,并给出了相应的解决措施。平衡二叉树和半边匹配数据结构的引入,提高了拓扑信息重建的速度。最后,几个网格简化实例显示了该文算法的有效性。

特征保持的散乱点集光顺算法

提出了一种特征保持的散乱点集光顺算法。首先,搜索点的k最近邻域,计算出点的Delaunay邻域。然后通过考查点及其二阶邻域之间的几何关系,设计出一种带有抑制函数的双边滤波器,用于噪声点集模型的光顺。实验结果显示,本文的光顺算法不但能够有效地去除噪声,抑制体积收缩,并对特征的保持效果也较为理想。

飞机表面制造质量智能检测方法研究

飞机表面的制造质量将直接影响飞机的性能,装配后必须进行几何检测。本文提出了一种基于数字相移的飞机表面制造质量检测方法。首先采用数字相移测量方法获取表面点云数据和图像数据。通过图像边缘跟踪和霍夫变换算法,高效地识别铆钉区域,然后映射到空间点云中,实现铆钉的定位和几何测量。反向标定投影仪的参数后,实现特征信息的可视化标注。实验结果表明,本文中提出的方法具有较高检测精度和效率,具有取代传统检测手段的应用潜力。

自由曲面加工中的等参数螺旋轨迹生成方法

通过对刀具轨迹有效性的分析,将刀具轨迹规划分为曲面上曲线族的选择和有效合理排布方式的设计两个方面。以此为基础,针对数控加工中心的高速加工特性,提出一种等参数螺旋刀具轨迹生成方法。该方法以减少抬刀、路径转接为目的,并综合考虑刀具轨迹几何与运动力学性能。首先以等参数线型轨迹为基础,生成等参数环形轨迹,进而以对角曲线连接相邻路径,构造能够实现连续切削的等参数螺旋轨迹。仿真试验表明该方法,简单实用,而且避免了轮廓偏置中的干涉检测,特别适用于自由曲面的高速数控加工。

基于平面镜的相机-显示器快速标定方法

针对基于计算视觉的镜面物体测量中相机和显示器的位置参数标定问题,提出了一种基于平面镜的快速标定方法。该方法使用显示器投射标定模板直接作为标定物,由相机通过平面镜的反射获得标定模板的图像,然后进行相机标定,可同时获得相机的内部参数及标定模板虚像在相机坐标系下的位置参数,最后根据平面镜成像的原理计算标定模板即显示器的实际位置。在标定过程中,平面镜可自由移动,而无需知道平面镜的具体位置参数。实验结果表明,该方法简单快速,同时具有较高的标定精度,满足实际测量需求。

基于共面二点一线特征的单目视觉定位

研究了根据点、线混合特征进行单目视觉定位问题,在给定物体坐标系中共面的两个特征点和一条特征直线的条件下,根据它们在像平面上的对应计算相机与物体之间的位姿参数。根据三个特征之间的几何位置关系,分两种情况给出问题求解的具体过程,最终将问题转换成求解一个二次方程问题,真实的工件定位实验验证了方法的有效性。该结果为应用单目视觉进行工件定位提供了一种新方法。

基于太阳能帆板部件的空间非合作飞行器视觉位姿测量方法

针对无法在目标飞行器上布置合作标志器的问题,提出了一种利用矩形太阳能帆板部件测量空间非合作飞行器位姿的方法。该方法首先利用单相机在中远距离(200m-15m)对非合作飞行器成像,然后用基于矩形帆板的视觉特征设计的专用的特征提取算法自动完成矩形特征的选择与提取,最后根据矩形帆板的几何特征约束利用共面四点透视(P4P)算法或门形三线透视(P3L)算法解算目标位姿。与传统视觉位姿测量方法不同,该方法不需要在目标飞行器上布置合作标志器,更不需要人工干预,因此更适用于一般飞行器间的相对位姿测量。实验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性,位置误差小于2.3%,姿态误差小于2°,满足对非合作飞行器进行跟踪、接近、绕飞等位姿测量要求。

汽车轮毂在线识别系统的研究

主要研究了一种机器视觉系统,这种系统能够识别不同款式,不同尺寸的多种汽车轮毂。其识别的基本步骤有:图像获取,图像预处理,特征提取和识别分类。该识别方法可以实现多种轮毂在传送带上随机混流的状态下的自动识别分类,有效识别正确率在99%以上。

融合全局和局部描述的图像检索方法

针对基于内容的图像检索中全局描述缺乏空间位置信息及局部描述面临图像分割的问题,提出了一种基于全局颜色特征和局部Gabor小波纹理特征的图像检索方法。在整幅图上提取MPEG-7主颜色描述算子作为全局描述。将图像划分为5个有重叠的子区域,提取Gabor纹理特征与颜色矩构成局部描述,提出了改进的豪斯多夫距离并将其应用在局部描述的整体匹配中,克服了因图像的平移、旋转而造成检索率低的问题。融合全局相似度和局部相似度获得最终相似度。基于Corel数据库的实验结果表明了该方法的有效性。

基于成像模拟法的镜面体表面三维测量

针对计算机视觉对表面光滑且连续的镜面体三维外形测量中存在的难题,提出一种基于成像模拟法的测量方法。分析镜面反射的几何光学原理,根据镜面体表面光线反射的特性,使用相机和液晶显示器组成测量装置对镜面物体进行测量。使用平面镜对相机和显示器进行参数标定,并使用时间相移法对显示器上的像素点进行编码,从相机拍摄的镜面物体反射的条纹图像出发,采用光线逆跟踪方法,使用参数曲面反向模拟镜面物体的反光过程,通过调整曲面参数使得模拟的反射光线和显示器交点与实际位置距离误差最小,即可获得镜面体表面的三维数据。通过试验验证了该方法的有效性,具有较高的测量精度。

基于光栅投影测量的蒙皮对缝检测技术研究

针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙的数字化检测问题,以光栅投影测量技术为基础,对阶差与间隙的测量技术进行了研究,提出了一种新的阶差与间隙的测量方法。首先采用光栅投影测量技术,获取待测面的稠密点云数据;然后从图像中对接缝区域进行定位,根据点云与图像之间的对应性,获得对缝区域的点云数据;对对缝区域点云数据进行分析,确定对缝两侧直线段的终点和对缝的边缘点,从而计算出对缝的阶差与间隙。相对于线结构光扫描,所提方法获得的数据更加密集,并且一次测量即可完成视场内所有对缝的分析,效率较高。试验分析表明,所提方法检测结果均值误差小于0.03mm,最大误差小于0.05mm,可以满足飞机蒙皮对缝检测的要求。

光栅投影测量中结果可视化显示方法

光栅投影测量技术作为一种重要的三维测量方法,已在许多领域得到广泛应用,但是均存在测量结果显示不够直观的问题。针对这个问题,提出了一种直接利用光栅投影测量系统中的投影仪将测量结果投影到被测件表面的可视化显示方法,通过对投影仪内参数及其与相机位置关系的标定,可实现投影的测量结果直接和检测区域相对应,因此可大大提高可视化显示的直观性。针对该方法中的核心问题——投影仪标定问题,提出了一种简便的标定方法,可快速完成投影仪参数及其位置关系的标定。实验结果表明,所提标定方法简单有效,标定的平均反投影误差是0.63像素,具有较高的标定精度,采用该标定结果可准确将测量结果投影显示到被测区域,满足可视化显示的要求。

管道机器人非接触式自动纠偏方法

针对等宽方形管道中车式机器人高精度直线行走的需求,构建了由一台CCD相机以及两个线结构光传感器组成的视觉测量装置。提出一种利用非接触式三维测量计算车体偏离管道中心线距离和角度的方法,将车体姿态在线反馈,利用控制算法消除位姿偏差,使车体中心线与管道中心线保持高度重合性。实验结果表明该方法克服了现有方法无法在缺乏道路信息的管道中直线行走的缺陷,具有较强的鲁棒性和检测精度,在远距离行走中偏移距离精度小于±5mm,同时,该方法已经被应用于光传输管道的在线清理系统中。