同源双光路能见度仪的光斑提取算法研究

同源双光路能见度仪是一种基于数字摄像法的能见度仪,光斑提取算法是其能见度反演算法中的关键环节之一。从光斑成像的物理原理出发,提出了两种光斑提取算法。实验证明,即使没有图像预处理和数据后处理,其结果也和Vaisala LT31的结果具有很好的一致性。在确定上述两种方法中涉及的参数时,引入加权均方误差参量作为确定参数时的代价函数,该参量相对于其他参量有更好的效果,同时本参量还可以作为评价能见度结果的辅助指标。

采用CCD的空间光通信光斑位置提取重心算法的分析及实验

对采用CCD的空间光通信光斑位置提取重心算法进行了理论分析,对不同程度光束偏转的APT系统光斑位置定位及无空气扰动条件下背景光对光斑位置定位的影响进行了实验研究。

基于三维反正切函数拟合的光斑质心提取算法

在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里,光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理,提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数,通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代,然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析,对比了文中算法与传统算法的优劣,进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明:基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素;此时角度传感器的测角精度为0.172 3″,优于传感器技术要求的0.25″。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法,实验结果稳定可靠,满足角度传感器使用要求。

激光通信成像光斑处理方法研究

本文针对目前海域条件下激光通信的难题,对海域条件下激光通信过程中成像的光斑提取方法进行了研究。依据此研究,搭建了测试平台进行实验,通过测试平台得到光斑图像,对光斑图像进行了处理,通过图像比对验证了此种方法的可行性,为激光通信海面通信光斑提取提供了一种解决方法。实验结果表明:采用本文方法在图像复原时最大误差在X方向为2.60像素,在Y方向为1.54像素。此种方法对于海域条件下的激光通信系统信标光光斑处理可达到应用所需效果。

“句芒号”激光光斑质心提取方法与稳定性分析

根据句芒号足印影像特点,提出一种针对复杂背景噪声的激光光斑质心提取方法:基于灰度转换模型去除地物背景,结合距离约束、高斯滤波和大津阈值分割去除影像噪声,并利用灰度重心法计算质心坐标。使用所提方法对多种地物类型仿真光斑和实测光斑进行质心提取,结果表明:所提方法的质心提取均方根误差约为0.074 pixel,最大误差约为0.482 pixel,对句芒号光斑影像的适应性较好。对句芒号足印影像光斑开展了稳定性分析,结果表明,所有激光波束的光斑质心坐标的标准差小于0.34 pixel,激光器与光轴监视相机的相对几何关系较为稳定。所提方法可用于激光光斑质心提取及稳定性监测,对句芒号激光数据处理和应用有一定参考价值。

基于FPGA的双目高精度宽波段激光告警系统

针对传统二维激光告警系统的光斑中心提取误差大、角度测量精度差和分辨率低的问题,设计了一种基于FPGA和InGaAs焦平面阵列探测器的高精度宽波段激光告警系统,对传统的Otsu(最大类间方差法)阈值分割算法进行了推导和优化,同时,基于改进后的算法,通过FPGA实现了光斑中心坐标提取以及方位角、俯仰角等参数的计算,并将结果传输至上位机实时监测;实验结果显示,相较于传统的阈值分割算法,改进后的Otsu算法使光斑中心提取精度达到了0.06个像素,改进后的激光告警系统角度测量平均误差为0.03°,角度分辨率达到0.05°;实验表明,双目高精度宽波段激光告警系统达到了实际应用的要求,提高了系统测量的角度分辨率和精度,对光电探测和激光告警领域的工作具有一定的意义。

武器自动机运动规律测试系统光斑定位算法的研究

针对重心法、高斯拟合法等传统的光斑中心定位算法存在抗干扰能力差、定位精度低等问题,提出了一种以圆拟合算法为基础进行改进计算光斑中心的方法。采用56式冲锋枪进行实弹单发实验,对测试系统获得的数据分别用改进圆拟合、高斯拟合及重心法进行处理。将处理结果与OFV5000激光速度计测试结果相比较,改进圆拟合算法的相对误差仅为0.92%。结果表明:该算法提高了抗干扰能力,实现了光斑中心的快速、准确计算,并且获得了武器自动机运动规律。

自适应光学波前信号提取

天光背景及系统自身探测器件所引入的噪声对自适应光学系统的探测精度具有较大的影响,为消除这两方面噪声的影响,设计并实现了基于FPGA的波前光斑信号提取系统。该系统通过3个算法模块完成噪声的滤除,中值滤波模块用于去除杂散噪声,Top-hat变换模块用于滤除较为平稳的背景噪声,自适应阈值分割模块用于去除残余噪声。基于FPGA平台进行了系统的实现,在室内的自适应光学精跟踪系统平台上对光斑信号的提取效果及提取前后的精度进行了实验测试,结果表明,该处理平台能较好地提取出目标光斑,处理后的质心精度也较高,且该处理平台的延时较小,能够满足自适应光学系统实时性的要求。

自动机运动规律图像特征点的提取方法研究

本文通过分析高速图像非接触法自动机运动参数测试系统采集图像的数据特点,利用光斑区域预测法,预测光斑在图像序列中的区域,确定处理的矩阵范围,实现了数据的快速处理;研究了针对自动机运动规律的反射光斑图像特征点的处理算法,图像经中值滤波后,采用算子边缘检测及生长、填充后,用亚像素识别技术中灰度重心法,进行了光斑中心定位。

一种新型激光打靶训练系统的设计与实现

提出了一种基于CCD图像采集和处理的激光打靶射击训练系统设计方法。实验结果表明系统具有较好的可靠性、实用性、经济性,以及对环境光强度变化的适应能力。

激光照射监测系统可见光和红外图像融合方法

激光照射性能监测系统的激光照射命中是评估激光武器系统的重要指标之一。激光照射性能监测系统采用双传感器进行激光光斑和目标靶板的图像采集,提出了一种对所采集图像进行融合的方法:完成了图像中可见光图像与红外图像的配准、红外图像中激光光斑的提取、光斑提取图像与可见光图像的融合。提出的方法实现了视场范围不同、分辨率不同的可见光图像和红外图像的融合,融合后的图像真实再现了光斑照射的情景,图像中目标信息丰富明显、光斑轮廓清晰。

基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取方法

针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统中光斑图像中心提取的问题,在分析用于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统的光斑提取。

激光标靶六自由度测量技术

针对目前工程测量领域六自由度测量存在精度低、实时性和便携性差等问题,设计了一种激光标靶,结合全站仪能够实现空间六自由度测量。在嵌入式平台上,研究了一种以重心法为核心的光斑中心提取算法,该算法重复性精度高、鲁棒性好。通过对相机的非模型化参数标定,提出了一种姿态解算算法。实验数据表明,激光标靶在全站仪坐标测量精度基础上,滚转角和俯仰角测量精度可达0.005°,方位角测量精度可达0.006 2°,满足多种工程测量需求。

悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统改进

基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中,外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响。现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知),标定结果存在较大波动。针对该问题,提出了一种基于多点固定的外参标定方法,该方法控制掘进机截割臂分别摆动到左上角、右上角、左下角、右下角4个已知极限位置并采集标靶图像,计算外参矩阵值,可有效提高外参标定稳定性。现有的灰度质心法采用像素的灰度值作为权重来计算光斑质心,精度只能到像素级,仅粗略满足实际应用需求。针对该问题,提出采用亚像素级边缘检测算法改进光斑中心提取方法:首先采用灰度质心法进行光斑中心粗提取,然后采用亚像素级边缘检测算法求出亚像素级边缘坐标,最后使用最小二乘法拟合光斑中心,实现光斑中心精确提取。实验结果表明:改进光斑中心提取方法将标靶LED灯间距最大测量误差从3.2 mm缩小为1 mm,提高了检测精度;基于多点固定的外参标定方法所获得的外参数矩阵比较稳定,平移矩阵中位移的最大变化幅度为15 mm,旋转矩阵中角度的最大变化幅度为1°;视觉测量系统改进前对截割头摆角的测量误差范围为[-1.2°,1.7°],改进后截割头水平摆角误差范围为[-0.5°,0.5°],垂直摆角误差范围为[-0.6°,0.6°],说明改进方法有效提高了截割头摆角的检测精度。

光栅型波前曲率传感器光斑自动定位提取算法

针对光栅型波前曲率传感器,提出一种基于最大类间方差法和质心法相结合的光斑自动定位提取算法,并进行了实验验证。使用最大类间方差法对原始光强分布图像进行二值化;根据质心坐标对二值化图像进行分割,得到两幅含有单个光斑的二值化图像;分别计算两幅图像的质心坐标,作为原始光强图像中的两个光斑中心,并在原始图像中进行光斑提取。搭建了基于离轴菲涅耳波带片的光栅型波前曲率传感器实验装置,采用上述方法自动提取光斑,采用拉普拉斯算子本征模式法进行波前复原,并与哈特曼波前传感器的测量结果进行了比较。研究结果表明该算法能够自动提取光栅型波前曲率传感器的光斑,定位误差小于4pixel。

自动机运动规律测试中的数据处理方法研究

通过分析光电位移测试中图像数据的特点,利用光斑区域预测法,预测光斑在图像序列中的区域,确定处理的矩阵范围,实现了数据的快速处理;分析了提取光斑中心的灰度中心算法,获得了处理的数据点;通过拟合位移曲线获得自动机运动规律的位移时间曲线和速度时间曲线,得出了某型号冲锋枪自动机运动规律的速度曲线,为自动机运动规律的研究提供了可靠依据。

列车轮对内侧距光学快速测量系统设计及实现

列车轮对内侧距的准确、及时测量,是列车检修中必不可少的工作。目前,主要使用专用机械卡尺测量轮对内侧距。由于机械卡尺读数与记录都是人工操作,步骤繁琐。针对以上问题,设计了基于三角测距原理的列车轮对内侧距快速测量系统。首先,采用嵌入式处理器驱动摄像机的方式采集轮对内侧激光点图像,并根据激光光斑在像素平面的移动特征,提出快速搜索光斑初步位置方法,剪裁出含有光斑的局部图片;然后,利用阈值分割法和图像形态学处理法,过滤局部图片中光斑的背景噪声;最后,根据灰度重心法精确提取光斑中心坐标,计算轮对内侧距。为验证该系统的可行性,与轮对内侧距机械测量卡尺进行对比试验。试验结果表明,轮对内侧距光学测量方法准确有效。该系统能够大大缩短轮对内侧距测量时间,提高工作效率,在列车日常维护中具有一定的应用价值。

基于瞳孔角膜反射法的视线估计系统设计与实现

设计并实现了一种低成本硬件条件下的视线估计系统,该系统的视线估计模型采用瞳孔角膜反射法,对用户干扰小,允许用户头部移动。系统由视频采集、瞳孔中心和反射光斑中心提取、视线估计三部分组成。针对系统中低成本硬件导致的图像质量不高、瞳孔图像分辨率低以及光照变化等情况,设计了实时、精确的瞳孔中心、反射光斑中心提取方法。该方法首先将粗定位与精确定位相结合,得到人眼瞳孔图像;再利用灰度膨胀、卷积操作增强反射光斑,提取出反射光斑中心;然后通过一定的预处理,融合边缘提取、边缘过滤以及椭圆拟合,得到瞳孔中心;最后经过后处理滤去异常值。对视线估计系统进行测试,结果发现:视线估计平均均方根误差为12 mm,满足某些应用的基本需求。该系统降低了对硬件的要求,有利于实际应用。

激光垂准仪自动读数靶标的设计与实现

随着城市建设的快速发展,城市中的高层建筑物逐渐增多,高层建筑会受地脉动、风脉动以及日照等影响而发生变形,探究其周日的变形规律有非常重要的实际意义。针对此问题,本文设计了一种激光垂准仪高精度自动读数靶标,该靶标能够自动读取激光光斑中心坐标值,其通过CCD摄像头将激光光斑采集到计算机中,通过计算机图像处理提取光斑中心的坐标,实时输出激光光斑中心点的坐标值及坐标变化曲线图,即建筑物变形曲线图。