基于空间灰度重心推进的线结构光中心提取

利用线结构光对工件进行三维测量时,快速、准确提取激光光条中心是测量系统的关键技术之一。提出一种基于空间灰度重心推进的激光中心提取方法。该方法基于激光条纹空间灰度重心向前推进,结合八邻域判定法进行光条空间区域的选取,接着对选取的区域进行新的空间灰度重心坐标提取;在完成整幅图像提取后,采取3σ准则剔除异常中心点,最终获得激光中心坐标信息。实验结果表明,所提算法对不同类型条纹的适用性强,提取效果稳定。提取中心均方根误差为0.492pixel,相较于提取精度最优的Steger改进算法提升了9.8%,提取速度提高了5倍;相较于处理速度最优的内部推进算法,在保持提取速度基础上,提取精度提升了24.1%。同时,所提算法极大增强了对欠曝光光条图像的处理能力,有效降低了环境对线结构光测量的限制。

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。

基于改进灰度重心法的光带中心提取算法

在线结构光三维测量中,由于线结构光光源质量、物体表面反射率非均匀性以及表面粗糙性等因素的影响,激光光带经常会出现宽度不均匀,光带亮度不集中、离散性较大的现象。本文提出一种改进灰度重心法提取激光光带中心线,该算法基于自适应二值化处理得到光带各列法向宽度值以及光带的准确边界。然后,利用光带边界与灰度数据进行灰度重心计算确定出光带的中心位置。结果证实,改进算法中灰度重心的计算范围与光带宽度相一致,因而具有较高的提取精度和良好的适应性。

星敏感器灰度重心法质心定位系统误差分析及补偿算法

灰度重心法对星敏感器星像点进行质心定位,存在周期性系统误差,且高斯半径越小,误差峰值越大。为了对该型误差进行补偿,以积分型高斯点扩散函数为理想模型,所生成的星像点作为参考灰度数据,在时域上对灰度重心法开展仿真分析,对系统误差进行曲面拟合,拟合结果经过一阶泰勒展开处理,获得了误差补偿模型。仿真结果表明补偿算法显著提高了质心定位精度,高斯半径小至0.35像素,补偿后的质心定位精度优于10-3像素。

高斯加权的二维灰度重心法提取光条中心

为解决摄像机采集的激光条纹图像出现的明显不均匀现象,提高光条中心提取的精度和实时性,提出一种改进的二维灰度重心法。对光条图像进行中值滤波,用阈值法处理滤波后的图像;采用灰度邻域属性法进行光条中心的粗提取,求出条纹各列的法向宽度值;利用高斯加权的二维灰度重心法提取激光条纹中心。实验结果表明,在复杂的背景下该方法提取光条中心的精度和实时性均优于传统的灰度重心法、方向模板法以及自适应二维灰度重心法。

最小二乘法与灰度重心结合实现圆度检测

产品检测中若采集到的图像是模糊的,其轮廓边缘均不清晰,常规的边缘检测算法中,二值化处理会导致图像边缘信息丢失,降低图像边缘像素位置的定位精度,最终会影响产品圆度误差计算的精度。针对这一问题,在提取图像的边缘后通过灰度重心法进行坐标区域的重新定位,然后对得到的坐标点进行最小二乘法拟合。最后,通过对激光光斑的圆度检测实验,分析拟合结果的圆度误差,证明了该算法的优越性。

法向邻域加权灰度重心的光条中心提取法

为了提高激光条纹中心提取的精度和实时性,提出一种法向邻域加权灰度重心的光条中心提取法。采用双边滤波进行图像预处理,通过最大类间方差法确定阈值进行二值化处理;通过骨架细化操作提取激光条纹的骨架,通过Bazen法计算骨架法向;利用法向邻域加权的灰度重心模型提取激光条纹亚像素中心。实验结果表明:与Steger法相比,该方法运行时间减少了28%~45%,实时性更好;与灰度重心法相比,该方法残差降低了30%~50%,准确度更高,稳定性更佳,能够弥补灰度重心法易产生断线的不足。

灰度重心与分数阶微分在硬盘光条中心提取上的应用

传统提取光条中心的方法已经不能适应现代工业飞速的发展,为此,将灰度重心与分数阶微分法二者结合起来应用在硬盘的测量上。硬盘具有较大的反射区域,如果只用灰度重心法,表面会有大量的散斑噪声,在提取光条中心时会造成困难,而与分数阶微分方法结合后,可以有效减少散斑噪声,有利于光条的提取,也增强了图像的质量。

基于Radon变换与灰度重心法的环形目标直径测量方法

为了提高传统接触式测量方法的测量效率并避免人为误差的影响,同时克服机器视觉中常用的Hough变换圆检测算法计算量大以及不适用于同心圆检测的情况,提出一种新的视觉测量方法用于实现环形目标直径测量。该方法通过阈值分割与边缘检测得到物体的轮廓图像,进行轮廓Radon变换,得到包含四条光带的处理结果并反映了所有方向角上环形目标直径的测量数据,利用灰度重心法提取光带中心线,进而根据中心线之间的距离计算出环形目标直径。仿真与实验表明,所提方法测量结果科学可靠,拥有较高的测量精度,能够实现同心与偏心目标直径的自动非接触测量,将具有很好的工程应用价值。

改进型灰度质心实时算法研究

亚像素质心定位算法被广泛应用于空间飞行器姿态测量、天文观测、空间高精度稳像和空间激光通信等领域。作为空间高精度稳像系统检测模块的导星仪,以至少100帧每秒的高速实时检测导星的抖动量,为振动补偿机构提供补偿信息,这就要求亚像素质心算法在保证高精度的同时具有高速的实时性。为了满足导星仪的需求,本文通过模拟仿真与实验,分析了曝光时间内光斑漂移对亚像素质心定位精度的影响,得出要达到一定的亚像素质心定位精度,能够接受的最大光斑漂移速度;提出一种综合运用高斯曲面拟合、数字相关运算和灰度重心法进行图像预处理、图像分割和亚像素质心定位的改进型灰度质心实时算法,并验证该算法兼顾效率和精度,达到很好的效果。

基于双目线结构光的三维测量系统研究

针对物体三维重建过程中,传统的双目立体视觉测量法和激光三角测量法存在的局限性,设计了一套双目线激光扫描式三维重建系统。首先,对双目线激光扫描测量系统的结构组成和数学模型进行分析,并推导出在双目对极约束下激光中心线三维点坐标的计算方法;针对传统算法在光条曲率变化较大的区域提取中心线效果不理想的问题,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;最后,进行中心线提取精度和效率对比实验,以及三维重建精度实验。实验结果表明,改进算法能够精确有效地提取光条曲率变化较大区域的中心线,平均提取精度达到1.462 pixels,平均提取速度为0.0734 s。同时,设计的结构可以准确地获取物体表面丰富的三维点云数据,测量误差在1 mm以内。

旋转测量状态下光斑中心定位方法

目前,对管道内腔为自由曲面的截面轮廓进行高精度测量是行业难题。拟将多个不同测量范围的激光位移传感器放置于管道内腔中,采用旋转的方式对内腔进行测量,将得到的测量数据进行归一化处理后获得被测管道内腔截面轮廓形状。分析测量过程中激光光斑的变化情况,针对光斑图像的多峰、散斑、平顶与形状变化等现象,提出了一种基于传统灰度重心法进行粗定位的距离倒数加权多项式插值亚像素光斑中心定位方法。采用中值滤波对光斑图像进行预处理,通过自适应阈值分割法从环境背景光强中分离出光斑中心定位区域。通过MATLAB仿真与灰度重心法、加权灰度重心法与高斯拟合法传统光斑中心定位方法相比,结果表明,光斑中心定位精度达到0.01 pixel,在激光光斑中心定位精度和稳定性方面有一定的改善,明显优于传统的光斑中心定位算法。

基于ZYNQ的线激光轮廓传感器设计

为了直接获取工件轮廓点云,设计一种基于ZYNQ可编程芯片的线激光轮廓传感器。以ZYNQ芯片为核心处理器,设计传感器的图像采集与处理硬件电路。根据相机畸变模型,通过双线性插值法矫正各像素点的灰度值,研究基于法向迭代的灰度重心法以提取激光条纹中心线,结合相机参数和激光光平面方程的标定,计算相机坐标系下激光条纹中心点的三维坐标。在ZYNQ芯片中实现上述算法的并行加速,进行工件轮廓扫描测试。结果表明:该传感器可得到工件的三维轮廓点云。

离子推力器栅极组件热变形测量方法

栅极组件是离子推力器的核心部件,其所包含的多层栅极结构在工作过程中会发生热变形,导致栅极间距发生改变,进而影响离子推力器的工作性能及寿命。为了实现栅极结构在实际工况下热变形的非接触测量与评估,改进和发展了基于摄像测量的栅极变形观测方法,评价了不同图像分析方法(灰度重心法、圆拟合法、灰度匹配法)对变形测量精度的影响。结果表明灰度匹配方法观测精度高,环境适应性好;同时,设计并实现了一套栅极热变形环境模拟与变形测量系统,可实现高温、通水、通气环境下变形的高精度观测。最后,对环境箱通水通气对测量精度的影响进行了评价,结果表明二者均会对测量精度造成影响,通水对实验结果的影响大于通气的影响。

一种新的线结构光光带中心提取算法

在采用线结构光投影的三维测量中,快速准确地提取图像中光带中心的位置坐标是线结构光测量系统的关键问题之一。基于此,提出了一种把可变方向模板和灰度重心法相结合,并充分发挥两者优点的方法。首先计算出图像的域值,然后对图像进行二值化,细化,剪枝,得到线结构光图像的骨架,然后再利用可变方向模板判断骨架上每一点的法线方向,最后根据灰度重心法求出线结构光条纹的中心。实验结果表明该方法可以快速有效地获取光条纹中心,有利于提高三维重建的速度。

基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法。按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散。高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位。在星像点噪声为N(0,1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007pixel,远小于灰度重心法的0.041pixel和加权灰度重心法的0.026pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致。仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法。

大视场下线结构光光条中心的快速提取

在线结构光三维测量中,线结构光光条中心的提取是关键的一步。针对强背景光大视场下线结构光光条(长度约2m)中心的提取,提出了一种基于感兴趣区域(ROI)的光条中心提取方法。首先用统计的方法确定图像处理的ROI,再在此区域内用最大类间方差法进行阈值分割并用灰度重心法提取中心。结果表明:在VisualC++6.0平台上,处理一帧1280×1024大小的线结构光条图像大约用时47ms,且光条中心提取精度高。这种提取中心的方法很好地减弱了大视场下强背景光的干扰,提高了光条中心提取速度。

基于线结构光的复杂深孔内轮廓三维测量方法

为了对孔内轮廓参数进行快速高精度测量,建立了一种基于线结构光的复杂深孔内轮廓三维测量系统.介绍了系统构成及测量原理、数学模型建立以及孔内截面轮廓尺寸计算方法.提出形态学光条细线化与灰度重心法相结合提取亚像素光条中心线算法.应用该系统对直径φ130.0mm的复杂孔内轮廓进行实验,测量长度70mm时,阳线圆直径测量误差为±32μm,阴线圆直径测量误差为±54μm.

一种改进的亚像素算法

传统的灰度重心法是一种用于对称目标的亚像素定位技术,但其抗噪声性能较差。针对这一问题,本文提出一种改进算法,通过将目标区域划分成内部像素区域和边缘像素区域两部分,并对内部像素灰度进行均值化,从而有效抑制内部像素噪声。同时,利用误差理论对改进算法的不确定性进行分析。最后,通过仿真实验验证了改进算法的正确性,并表明改进算法有更好的噪声抑制性能。

基于序列图像提高光斑质心定位精度

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求,提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测;然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值,结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割,提取光斑区域,同时降低窗口内外噪声。最后,用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响,实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明,本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法;其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别,稳定性度量平均值为0.000 49,优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示,提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。