基于球面折反射成像和YOLOv7的内螺纹缺陷检测

螺母在机械制造环节得到广泛应用,其内壁螺纹质量对于机械联接至关重要。为了实现螺母内螺纹的非接触缺陷检测,首先提出一种基于球面折反射全景成像原理的图像采集装置,其次利用该装置采集图像数据集并提出一种基于改进YOLOv7的缺陷检测算法。该成像装置具备一次性成像、无须伸入内壁、采集到的内螺纹图像细节完整等优势,有效地改进了传统视觉检测方案存在的成像分辨率低、相机视场占比小的问题。对YOLOv7模型进行改进并结合螺母内螺纹的缺陷特征,使用k-means++算法聚类锚框,使得模型训练更容易收敛。通过在特征融合网络中加入坐标注意力(CA)机制,提高网络的特征表达能力。使用SIo U损失函数替换原YOLOv7模型中的CIo U损失函数,提高模型分类的准确性和可靠性。实验结果表明,针对缺口、漏攻纹、刮痕、碎屑4种内螺纹缺陷,改进后的YOLOv7模型的平均精度(AP)分别达到96.89%、100%、98.07%、99.98%,平均精度均值(m AP)达到98.74%,检测速度达到39.64帧/s,与其他常见模型相比,改进模型精度更高,能够满足工业现场的实时检测需求。

球面折反射成像的内螺纹螺距视觉测量系统

为了实现内螺纹参数的非接触、自动化在线测量,本文以通孔螺母和盲孔螺母为检测对象,提出了一种基于球面折反射全景成像原理的内螺纹螺距参数的机器视觉测量系统。系统采集经球面折反射得到的图像,随后分割出完整的内螺纹区域;采用对比度受限的自适应直方图均衡化算法提高图像对比度,并采用中值滤波与双边滤波的组合来保护螺纹边界信息;再使用Zernike矩边缘检测算法确定每条螺纹的亚像素边缘;最终,基于折反射成像理论计算得到内螺纹螺距尺寸。与计量用螺纹综合测量机的螺距测量值进行了对比,实验结果表明该系统的平均测量误差为0.018 5 mm,满足工业生产中内螺纹螺距精度的要求,检测效率高,可用于内螺纹在线视觉检测。本研究为圆柱形内壁尺寸测量和缺陷检测提供了一种参考方案。

多视点折反射全景成像系统分析与设计

单视点折反射全景成像系统存在成像透镜昂贵或安装精度要求高等不足,本文结合抛物反射面和常规成像相机实现了一种无需昂贵的远心透镜且安装精度要求不高的多视点折反射全景成像系统,并对其视点分布情况进行了分析,在此基础上,设计了视点分布较为集中的系统结构,使得成像系统拍摄的环状全景图像可以基于传统的单视点柱面展开方法进行近似展开得到效果良好的近似柱面全景图像。

消畸变成像折反射全景成像系统设计

单视点折反射全景成像系统畸变较大,通过计算反射镜面型可有效地实现折反射全景成像系统消畸变成像。在反射镜入射角与反射角呈线性关系的基础上,推导适用于消畸变折反射全景成像的反射镜面型公式。为说明反射镜面型的准确性,设计了F#为3.3,视场为138°的消畸变成像折反射全景成像系统,并利用实际像平面和虚拟像平面间的坐标映射关系,实现了系统的消畸变设计。各视场MTF在奈奎斯特频率下均达到0.6,边缘视场相对畸变小于4%。结果表明:该面型可实现消畸变折反射全景成像,反射角光线追迹法适用于折反射全景成像系统畸变评价,为折反射全景成像系统消畸变设计提供了必要的模型和计算方法。

双曲面折反射全景成像柱面展开图像质量分析

为提高双曲面折反射全景成像系统柱面展开图像的质量,根据双曲面反射镜的性质,给出了全景图像柱面展开方法的数学模型。提出以图像分辨率和像素有效率作为图像展开质量的衡量指标,分析了2个指标随起始入射角和入射角跨度变化的规律,得出了柱面展开时起始入射角和入射角跨度的选择范围,仿真结果和实测数据实验验证了结论的正确性。

基于立体折反射全向成像的柱面全景深度估算

针对立体视觉原理的新型立体折反射全向成像系统结构设计和面向立体柱面全景像对的局域灰度相关对应点快速匹配算法,从捕获的全向立体影像中提取有效深度信息,用于辅助全向视频分析处理中的对象检测和跟踪。采用单相机和两个不同参数的抛物面型反射镜构造了一种共轴结构的折反射全向立体成像装置,捕获的存在一定视差的原始全向立体像对被投影展开为立体柱面全景像对,而后通过特定对应点匹配算法提取稠密的深度信息。对应点匹配算法采用局部区域灰度相关的算子,并充分利用了双向匹配和柱面全景的外极线约束来提高匹配的速度和准确度。仿真实验有效恢复了场景深度信息,证明了整套装置结构设计及深度估计方法的有效性。

反馈控制采集的双模式折反射全景成像处理系统

为解决折反射全景成像系统中的采样分辨率与帧速之间的矛盾,通过反馈控制图像传感器的参数配置,设计并实现了一个全局与局部双模式的全景成像处理系统.在全局模式下,为保证采集帧速率,使用行列跳跃模式采集完整的环状全向图,并将其展开为包含360°全局信息的柱面全景图像;在局部模式下,根据感兴趣区域的空间位置设置采样窗口大小及位置,以逐像素采样模式只采集全向图中相应的一块矩形区域,并将其展开为对应视线方向上高清晰度的局部透视图;最后给出了DSP+FPGA结构的系统硬件设计方案.实验结果表明了该系统设计的科学性及实用性.

折反射全景侦察图像展开和矫正方法

为满足作战机器人实时全景侦察的需要,通过分析现有全景图像展开方法的特点及作战机器人侦察系统的成像映射关系,提出了一种快速低失真全景图像展开算法。该算法以同心圆环近似展开法为基础,采用光路跟踪映射法对圆环状全景图进行径向展开以保证展开精度,运用查表法和坐标旋转数字计算机CORDIC算法以提高展开速度,为避免展开后图像纵向和横向比例失真,给出了纵横约束关系式。仿真试验表明了该方法的有效性。

基于编码孔径的折反射散焦模糊图像复原

360度折反射成像系统由于其曲面反射的成像特点,获得的全向图像会不可避免地产生散焦模糊问题,使得全向图像的应用受到限制。针对全向图像成像过程中的散焦模糊问题,首先通过分析折反射系统中入射光线和图像模糊的关系,建立全向图像散焦数学模型;然后利用编码孔径技术估计出图像中各个位置的模糊程度;最后通过反卷积算法复原图像。通过该方法,可以很好地消除全向图像的散焦模糊,获得全聚焦的清晰全向图像。获得的全聚焦全向图像在全向智能视频监控、战场环境全向智能感知以及机器人全向视觉等领域具有较大应用价值。

折反射全景侦察系统电子稳像技术研究

提出一种有效的车载折反射全景侦察系统电子稳像算法,通过分析系统成像原理和应用环境以及现有电子稳像算法的一般流程,提出稳像方案,并建立了稳像模型;根据稳像模型估计运动参数时,针对图像中包含运动物体的情况提出了相似度阈值法;为了防止过稳现象提出了过稳阈值法,为了平滑图像序列采用了Kalman滤波.数值实验结果表明,该算法能明显减轻序列抖动显现,在一定分辨率下能实时扫描真实场景.

全向立体成像系统场景深度估计

基于单相机双抛物面反射镜设计了一种共轴结构的折反射全向立体成像装置,给出了针对相应展开柱面全景立体图像对深度估计的应点匹配方法,最后通过3DMax构造相应虚拟装置和虚拟场景进行了仿真实验,初步证明了该结构设计和对应深度估计方法的有效性。

双反射面互补结构的折反射全向成像系统设计

为解决折反射全向成像空间分辨率低、分辨率分布不均匀的问题,提出一种双反射面互补结构的折反射全向成像系统。通过使空间点在全向图的内外环互补二次成像,有效改善全向成像的分辨率分布不均匀问题,并通过限制成像系统的垂直视域以得到较高的空间采样分辨率。详细阐述了两个反射镜面的面型参数和系统尺寸的计算方法,并通过光线追踪推导出全向图与柱面全景图之间的坐标映射关系。实验结果表明,该全向成像系统的分辨率分布明显更为均匀,全向图内外环之间存在很强的互补性。此外,互补二次成像的亚像素采样偏移为下一步的超分辨率柱面全景空间重建奠定了重要基础。

去散焦模糊的折反射全向成像系统设计

随着高分辨率传感器和大光圈的采用,光圈和反射面曲率造成的折反射全向成像散焦模糊问题越发突出。提出了一种有效去除散焦模糊的折反射全向成像系统设计。理论分析折反射成像散焦模糊的原因,建立全向图点扩展函数与实景空间物点及成像系统虚像位置的关系;在一次曝光成像时间内匀速旋转镜头对焦环,通过累积曝光使全向图散焦模糊核具有期望的空间不变性;利用反卷积算法对散焦模糊全向图进行复原,得到全局清晰的全向图像。该方法较好地解决了折反射全向成像散焦模糊问题,对提高折反射全向成像质量,促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。

基于编码孔径的折反射全向成像去散焦模糊技术

折反射全向成像系统中,反射镜曲率和镜头光圈是导致散焦模糊的主要因素,随着高分辨率图像传感器器件和大光圈镜头的采用,散焦模糊造成的图像清晰度问题显得越发突出。提出了一种基于编码孔径的折反射全向成像去散焦模糊技术。理论分析折反射全向成像散焦模糊原因,提出了一种确定最佳聚焦平面的方法,通过采取有效的全向图像环带分割和拼接策略,利用基于图像稀疏先验的反卷积算法对散焦模糊全向图进行复原,得到全局清晰的全向图像。该方法较好地解决了折反射全向成像散焦模糊问题,对提高折反射全向成像质量,促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。

抛物面折反射全景成像系统

系统论述了抛物面折反射全景成像系统原理和设计方法,推导了系统的逆投影计算公式,建立了虚拟像平面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系,为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。进而研制出抛物面反射镜,建立了抛物面折反射全景成像系统。

单视点红外折反射全向成像系统参数设计

提出了单视点约束红外折反射全向成像系统单次成像实现全视场(FOV)清晰的一种参数设计优化方法。根据应用需求设计出符合单视点约束的初始系统参数;提出镜面虚景深的概念优化折射光学组参数。利用ZEMAX软件的理想系统仿真验证了所提出的设计方法实现系统全视场清晰成像的可行性,并且该设计方法能同时满足视场范围和轴向尺寸等方面的要求。从仿真结果还可知,大口径反射镜镜面有利于提高光学系统成像质量,而增大曲面离心率有利于减小系统轴向尺寸。

恒等探测距离折反射式周视红外成像系统设计及分析

折反射式周视红外成像系统在安全监视领域有着独特的大视场优势,但是目前常见的圆锥曲面反射镜折反射式周视系统存在不同俯仰角下探测距离差异大的问题。折反射式周视红外成像系统的探测距离与目标尺度、任务准则、俯仰角和方位角分辨力有关。将俯仰角分辨力和方位角分辨力的几何平均数设为常数,以此作为恒等探测距离折反射式周视系统的条件,并推导了相应的系统设计方法。数据仿真结果验证了恒等探测距离系统的可实现性,另外,也表明了所提方法不仅可以实现不同俯仰角下的相同探测距离,还可以通过合理的参数调节使得大部分视场范围内的探测距离优于传统圆锥曲面型折反射式周视系统的探测距离。

基于编码孔径的折反射全向压缩成像技术

为解决折反射全向成像分辨率低的问题,设计了一种基于编码孔径的折反射全向压缩成像原型系统。在分析点扩展函数和测量矩阵关系的基础上,提出了基于随机点扩展函数的编码孔径设计方式,并通过中继透镜和空间光调制器实现编码孔径的可编程控制。结合折反射成像特点,基于全向全变分算法实现全向图像稀疏重构,得到高分辨率的全向图像。研究搭建了光学成像硬件平台,通过仿真实验和实际装置实验两个方面验证了折反射全向压缩成像技术的有效性和可行性,有效地解决了折反射全向成像分辨率低的问题,对促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。

无死角的全方位视觉传感器的设计

在对全景实时处理要求下,全方位视觉传感器(ODVS)是一种快速、可靠的视觉信息采集途径,为了克服目前ODVS技术还存在着死角的问题,探讨了一种具有平均角分辨率的ODVS的二次折反射的成像原理,根据该成像原理设计了这种新型的ODVS的结构和折反射镜面,利用4阶Runge-Kutta算法求得了镜面曲面的数字解,然后根据组合镜头的设计方法将ODVS与广角镜头集成在一起来获取原ODVS技术所存在的死角视频图像。实验结果表明,本研究所设计的ODVS能实现真正意义上的全方位监控,在全方位视频智能监控、动态图像理解、计算机视觉等领域具有重要的应用价值。

一种无线远程传输现场全景图像的头盔

提出了一种具有无线网络通信、获取全景现场图像功能的头盔设计,属于光学技术、计算机图像处理技术和网络通信技术在安全监控方面的应用;通过全方位视觉传感器获得水平方向360°的全景视频图像使得安全监控的范围更宽广,通过视频压缩和无线通信网络技术手段使得全景视频图像分辨率为640×480像素情况下,传输速率达到20帧/秒,满足了采集和监控现场全景视频图像的要求;实验结果表明,具有无线远程传输现场全景图像的头盔在安全保护基本属性基础上增加了现场360°全景图像实时采集和传输功能;该成果产品可装备和应用于消防部队、公安警察、边防警察、海警、森林警察中的特别人员和矿山勘探、防汛防灾指挥等特殊场合。