基于视觉传达技术的激光光斑图像超分辨率重建方法

激光光斑图像在成像过程中易受到成像条件和成像方式的限制,导致激光光斑图像的分辨率比较低,难以满足实际需求。为此,提出基于视觉传达技术的激光光斑图像超分辨率重建方法。采用视觉传达技术采集激光光斑图像,并使用双树复小波阈值方法对激光光斑图像去噪处理,通过改进稠密神经网络提取激光光斑图像特征,基于奇异值分解方法降低字典中原子的数目,改进稀疏表达正则化方法,实现激光光斑图像的超分辨率重建。实验结果表明,所提方法的低分辨率图像重建结果与原始图像更加接近,重建图像的结构相似度均在0.9以上,证明该方法的重建效果好、更适合实际应用。

复杂光线环境下星载激光光斑图像特征参数提取

星载激光光斑图像易受采集时复杂光线背景的影响,导致激光光斑特征参数提取精度不佳,由此提出复杂光线环境下星载激光光斑图像特征参数提取方法。首先,基于光照校正的Retinex图像增强算法光照补偿及增强星载激光光斑图像,以消除复杂光线环境的影响;其次,基于二次阈值分割与形态学消噪结合方法提取光斑边界;最后,使用一阶灰度重心法与椭圆拟合结合方法完成激光光斑图像特征参数提取。仿真结果表明,所提方法的星载激光光斑图像特征参数提取精度保持在95%以上,具有较好的提取性能。

一种新型抗畸变激光光斑检测算法研究

为了研究大坝内部的沉降和水平位移,设计了一种精密的微位移测量装置。其中,基于二维图像处理的激光光斑位移检测算法为该装置重要的组成部分。本文提出了一种抗畸变激光光斑中心检测算法,通过对原始光斑进行阈值分割,得出光斑发散部分的图像,并通过闭操作和高斯滤波对之进行降噪和平滑。然后,用sobel算子对其进行边缘检测,从而得出较为光滑的边缘轮廓。最后,对其进行抗畸变激光光斑中心检测算法的处理,确定光斑中心。同时,又通过实验装置来采集一系列激光光斑图像,并用传统激光光斑中心检测算法和抗畸变激光光斑中心检测算法对其进行了处理并进行比较。结果表明,抗畸变激光光斑中心检测算法精度最高,有效消除了远距离光斑的畸变对光斑中心计算的影响。

基于稀疏表示的激光光斑复原方法

使用探测器阵列对远场激光光斑分布进行测量,是目前评价激光大气传输特性以及激光发射系统性能的重要方法。利用阵列探测器对高能激光系统性能进行评估,需要准确复原探测器测量所得的激光远场光斑。介绍了一种基于字典学习的阵列探测器激光光斑复原方法。首先利用改进后的线性插值算法对原始低采样光斑进行插值,其次介绍了K-SVD(K-singular value decomposition)字典学习算法,将所提方法运用到插值后的图像复原中。此外,用峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)和光斑质心偏移量对复原图像进行量化对比。该算法复原的图像PSNR比传统算法高出4 dB~5 dB,光斑质心偏差量在x轴和y轴方向与传统算法相比分别降低了14.7%和12.2%。实验结果表明,所提方法在视觉和量化指标上都取得了良好的光斑图像复原效果。

基于数字图像处理技术的激光光斑位置检测研究

激光技术在应用过程中,光斑位置检测与确定是其中的关键环节,直接决定着激光技术的应用性能。但是,现有光斑位置检测方法由于应用手段的缺陷,存在着检测时间过长、检测精度较低等问题,故提出基于数字图像处理技术的激光光斑位置检测研究。使用图像采集设备(相机或者摄像机)获取激光光斑图像,基于数字图像处理技术处理激光光斑图像,以此为基础,采用二维Otsu算法分割激光光斑图像,应用Canny算子提取光斑边缘,通过最小二乘圆拟合方法拟合处理光斑边缘,即可计算出激光光斑中心位置,从而实现了激光光斑位置的精准检测。实验结果显示:应用提出方法获得的光斑位置检测时间最小值为0.1 s,光斑位置检测误差最小值为0.2%,充分证实了提出方法应用性能较佳。

基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明,在辐照时间不同的条件下,该算法定位精度达到0.761μm,比灰度重心法提高51.3%,比最大行列灰度值法提高93.9%;在激光功率不同条件下,该算法的定位精度达到0.793μm,比灰度重心法提高73.4%,比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。

基于视觉特性的激光光斑图像分割方法研究

由于激光光斑图像的对比度不足,难以观察图像背景与光斑之间的差别,影响分割效果,因此,提出基于视觉特性的激光光斑图像分割方法。该方法将待分割的激光光斑图像做网格划分处理,计算出网格图像的平均灰度熵值,根据平均灰度熵值选取多个样本块,采用SSD距离准则合成最佳样本块。根据样本块背景和光斑梯度之间的视觉特性区别,增强处理激光光斑图像,提高图像的对比度。完成对比度增强后,通过像素点的灰度分布视觉特性确定神经元的相关参数,根据最大二维Renyi熵准则分割激光光斑图像。实验结果表明,所提方法的定位评价函数为0.0001,均方根误差为0.29,分割位置与光斑位置基本一致,分割精度接近100%。因此,说明所提方法的光斑定位误差小、均方根误差小、分割精度高。

基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法

热物理激光光斑位置定位能够提高测量精度,设计一个基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法。分析激光图像的高斯分布情况,采用高斯函数描述脉冲激光,判定激光光斑空间分布形式,选择一个合适的阈值,对误差补偿,对光斑边缘检测,采用最小二乘圆的拟合准则对圆心拟合,采用圆来逼近激光光斑的轮廓,确定圆的中心点,实现基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位。实验结果表明,在主观分析与客观分析上,所提出的定位方法偏差都较小,能够准确获得激光光斑的中心位置,并且,在不同信噪比下,所提出的定位方法定位误差都较小,满足方法的设计需求。

基于中心定位算法的激光光斑检测系统研究

针对现有的激光光斑中心定位算法无法满足工业现场各种不规范光斑形状的需要,提出了一种基于中心定位的激光光斑检测算法;通过对原始光斑图像进行梯形校正、图像增强、闭操作等算法得到激光光斑轮廓,进而采用中心定位算法对光斑中心进行检测;与现有的算法相比,该文提出的算法能够精确地对不规范形状的光斑进行中心定位。实际工程应用证明,该算法能够对不规则形状光斑进行有效的中心检测,不但提高了检测精度,还大大提升了检测效率。

激光光斑在动态位移测量中的应用研究

动态位移是土木工程中一个重要的测量参数,传统的测量方法往往受限于测量条件,因而造成测量精度较低或实施成本较高。基于简化动态位移测量的目的,文中利用激光光斑作为动态位移测量的靶标,提出了一种基于最小二乘法拟合椭圆的改进算法,增强了算法的抗干扰能力,提高了测量精度。通过在位移滑台上架设激光笔进行实验,测得位移误差在0.5个像素之内,验证了该方法的可行性与准确度,较为简便地实现了动态位移的测量。

旋转式激光光斑测试仪

采用阵列传感器测量光斑方法在实际使用中非常有效 ,但固定阵列在设计中存在一些困难 ,通过旋转系统的设计 ,成功研制出大单元数的阵列光斑测量仪。旋转系统本身的特性要求机械和电路设计采用特殊的结构以解决系统的稳定性。给出了系统研制的设计思想 。

激光光斑位置精确测量系统

设计了一种激光光斑位置测量系统,用于提高激光照射器监测系统测量激光光斑位置时的测量精度。分别介绍了测量系统的组成及它们的信号连接关系。针对激光光斑图像采集过程中的后向散射现象,提出基于异步距离选通的激光后向散射抑制技术。为了克服大气湍流扰动对激光光斑成像的影响,利用改进的盲解卷积算法对激光光斑图像进行事后图像处理。最后,对光斑图像进行畸变校正,并利用高斯曲面拟合算法提取光斑位置。设计了若干仿真实验,并应用该系统处理了实际外场实验。结果表明,所设计的激光光斑位置测量系统的测量精度不超过0.3pixel。

基于圆拟合的激光光斑中心检测算法

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术。检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度 ,传统的检测算法如重心法、Hough变换法等在检测精度或速度上存在不足。基于圆拟合的激光光斑中心检测算法是根据最小二乘原理用圆来逼近激光光斑轮廓 ,该算法除了可以检测光斑中心外 ,还可以检测光斑半径 ,达到亚像素级的定位精度 ,具有很快的计算速度 ,可适用于实时的光学测量。

CCD测量激光光斑方法研究

给出了用CCD进行激光光斑成像试验的结果 ,分析了激光光斑的测量精度和测量中存在的问题 。

激光光斑中心高精度定位算法研究

为提高测风激光雷达系统光学结构能量接收效率,需要对激光雷达系统中的激光光斑中心进行准确定位.通过对常用亚像素定位算法的分析,利用高斯拟合和矩形区域来对灰度重心定位算法进行优化,提出了激光光斑定位的改进算法,并与已有的算法进行了对比分析,设计并开展了验证试验.试验结果表明改进算法比已有传统算法对激光光斑的定位准确性大幅提高,最大限度地减小光斑形状的不对称所导致的误差,对于光能量分布中心的估计也更为准确,是一种切实可行的光斑中心定位算法.

远场激光光斑图像处理方法研究

常用的基于高斯光束特性的激光光斑图像处理算法,处理远场光斑图像会丢失部分能量较低的光斑数据,致使处理出的光斑能量密度低端精度不能达到0.01μJ/cm2的需求。为了得到更精确的远场激光光斑数据信息,提出了基于噪声特性的激光光斑图像自动阈值处理算法。该算法在分析系统噪声特性的基础上,依据3σ原则确定图像提取阈值进行光斑图像处理。通过试验验证了该算法既能够有效抑制系统噪声,又能够改善光斑图像的处理质量,恢复光斑图像丢失的数据信息,使光斑能量密度低端达到探测需求。结果表明,基于噪声特性的光斑图像处理算法能够有效提高远场激光光斑的处理精度,更适用于远场激光光斑图像的处理。

激光光斑重心测试精度理论分析

为了分析激光光斑监测系统在测试激光光斑重心时的测试精度 ,着重从大气传输 ,光学系统的像差 ,近红外CCD光敏面元的大小以及测量的相对位置等几个方面进行了探讨 ,并给出分析数据 。

基于最优弧的激光光斑中心检测算法

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术,广泛应用在光学测量系统、光路自动准直系统、激光通信目标跟踪中。为了提高光斑中心及半径的检测精度和抗干扰性,提出了一种基于最优弧的激光光斑中心检测算法,该算法首先根据圆的对称性排除了受干扰边缘,然后选取对称性好的弧线作为最优弧,最后以最优弧的数据作为拟合数据,利用最小二乘法计算出圆的中心及半径,并与其他算法进行了比较。实验表明,该算法对于中心和半径的定位精度高、计算速度快,并有效地提高了中心检测的抗干扰性,适用于在线实时检测。

CCD中的激光光斑阴影现象及机理

对CCD相机在激光辐照下的暂时性失真问题进行了研究。用532nm连续激光辐照以线阵CCD为图像传感器的Piranha HS-41-02K30相机进行了实验,实验发现,激光光斑和3个与其大小、形状皆相似的暗斑同时、等间距地出现于感光阵列方向上。这些暗斑即为CCD相机在激光辐照下的一种暂时性失真现象,本文称这3个暗斑为光斑阴影。根据实验数据分析了这一现象的规律和产生机理。分析认为,CCD图像传感器4个并行读出电路因共用同一偏置源而相互影响是产生光斑阴影现象的内在机制。推导了共偏置并行电路信号之间相互影响的关系式,由得到的关系式可知,降低公共偏置源与并行读出电路公共节点之间的电阻可减弱上述阴影失真现象;而用4个电压源分别为并行读出电路提供偏置,可以消除这种光斑阴影现象。本文推导的共偏置并行电路影响关系式不仅可解释阴影现象,也可为设计CCD器件时减弱或消除阴影失真提供借鉴。

激光光斑中心精确定位算法研究

研究激光光斑精确定位问题,传统的亚像素定位算法,面临抗干扰能力弱、定位精度低和软件实现复杂等问题。为了满足变形测量系统中对激光光斑中心精确定位的要求,提出了基于重心的曲线拟合亚像素定位算法。在重心法的基础上,引入了曲线拟合算法来提高激光光斑中心定位的精度。由于加入了图像预处理环节,有效的降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能。算法仅对图像中少量的数据点进行计算,不但语言描述简单,而且能大大节省系统资源。仿真结果表明算法是一种实用的精确定位算法,提高变形测量系统的精度要求。