远心镜头在回转体测量系统中的应用

介绍了一种接触测量和非接触测量相结合的回转体测量系统,分析了远心镜头在非接触测量部分的应用。阐述了回转体测量系统的结构和测量方案;讨论了待测回转体的特性参数,指出为了提高测量速度需尽可能采用非接触测量方法;使用远心镜头和平行光源进行了相关实验。结果表明:远心镜头的平行投影能有效地解决回转体工件平面特征成像轮廓线的干扰问题。

一种远心镜头的标定方法及精度研究

机器视觉检测相比传统的坐标测量机具有成本低廉、检测速度快的优点。对以往的远心镜头的标定方法进行了对比研究,提出了一种基于一组顺序图像并且简化外部参数的标定方法,建立了远心镜头的模型,考虑了镜头的三种畸变情况,把复杂参数的矩阵求解转化为镜头参数的非线性最优化求解问题。通过实验标定测试,远心镜头最佳测量景深为对焦点前后-9～8mm,保证系统处于6μm以内的精度范围,获得的畸变系数等参数项可以为视觉检测系统提供重要的变换依据,为建立高精度视觉测量系统建立了应用基础,具有工业应用价值。

基于远心镜头的高精度视觉测量仪

针对传统测量技术在特别微小、柔软、形状特异等物件测量上的不足,设计一种基于远心镜头成像及图形分析算法的视觉测量仪。对仪器的工作原理和设计思路进行了研究。介绍了测量仪整体架构、图像采集和显示处理子系统的设计方法,对远心成像技术的特点、畸变校正方法和亚像素分析等问题进行了阐述,并通过精度测试进行验证。对比结果证明:该测量仪操作简便、精度高,测量精度在3μm之内,重复测量精度在1μm之内,圆弧圆直径重复测量精度在3μm之内,能够适应各种几何尺寸的测量。

远心镜头在痕迹物证照相中的应用

目的通过对比实验探讨远心镜头在痕迹物证照相中的应用效果。方法在相同光环境下,用等倍率常规相机微距镜头和远心镜头拍照相同的痕迹物面,从景深、清晰度、变形、边缘效果等方面进行比较。结果常规微距镜头大光圈景深较差,小光圈(F/16)景深较好,但有变形,清晰度下降,图像亮度不均匀;远心镜头景深和变形兼顾较好,拍摄的图像亮度均匀,锐度较高,便于现场实时观察。结论远心镜头在痕迹物证照相中具有一定的应用价值。

基于有序图像序列与可控外部参数的远心镜头标定方法

以远心镜头放大率、远心度及镜头畸变作为标定参数,提出一种新型远心镜头标定方法.该方法通过控制旋转和平移2个外部参数矩阵,利用已知的外部参数对内部参数进行标定,而不再同时标定外部参数.通过一维高精度移动平台精确控制标定板到镜头的物距,获得一系列有序图像,从而获得可控的高精度外部参数.实验表明:该方法可解决目前远心镜头难以标定或标定参数不全、精确度差等问题,且标定模型简单、快捷,具有较高的实用性.

基于神经网络的双目远心镜头标定方法研究

利用BP神经网络方法对双目远心镜头标定,无需建立远心镜头相关的数学模型及求解相机的内外参数,不仅可以缩小利用普通镜头标定的高度误差,而且还有效避免了传统相机标定的繁琐.利用一种圆形特征提取算法获得标靶左右图像匹配特征点的二维像素坐标后,再用左右相机所拍摄的标定图像进行学习训练,获取左右图像特征点二维像素坐标和三维世界坐标之间的映射关系.实验结果表明,该方法的样本标定点物理坐标误差小于1μm,测量区域内的随机匹配点物理坐标最大误差为9.8μm,能够以工业自动化形式实现高精度的双目远心镜头标定.

大倍率高分辨率机器视觉远心镜头设计

本文基于机器视觉触摸屏在线监测的需求,设计了一款C口接口的大倍率物方远心镜头。该镜头包括9个玻璃镜片和一组胶合棱镜,通过适当的玻璃组合和像差平衡,该镜头具有4倍的放大倍率,65mm物方工作距,39.68mm的像方工作距,225mm的共轭距离,0.1度的远心角和0.3%的畸变,在166lp/mm具有优于0.4的MTF对比度,并带有同轴光接口,满足机器视觉的项目需求。公差分析表明该镜头具有良好的公差兼容性,可以进行大规模量产。

基于远心镜头的激光探测目标回波弥散斑控制

针对激光引信使用中弹目交汇条件不确定带来的目标探测接收镜头回波弥散斑尺寸变化较大的问题,提出了基于远心镜头的激光探测目标回波弥散斑控制方法。该方法采用远心镜头构型设计激光引信光学接收系统,通过合理匹配远心镜头的光圈F数和焦距f等参数设置,使远心镜头达到较大的景深,同时采用两个远心镜头拼装共用一个光电探测器,既不增加激光引信的外形尺寸,又弥补了单个扇区90°接收视场的不足,从而实现了不同弹目交汇条件下激光探测目标回波弥散斑的尺寸控制。仿真结果表明,在不同距离不同角度接收的目标回波弥散斑尺寸均小于光电探测器光敏面尺寸半径50μm,这样保证了光电探测器可以接收到全部的回波能量,表明远心镜头实现了对目标回波产生的弥散斑尺寸变化的控制。

基于远心镜头与曲面屏的镜面三维测量方法

提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法,在增加大曲率镜面成像范围的同时,提高了三维数据的测量精度。首先,在显示屏上显示标准正弦条纹图,相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后,利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着,与平面参考镜比较,得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型,推导相位与深度间对应关系,并对其系统参数进行标定。最后,对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量,验证了该方法的精度和有效性。

基于远心镜头的激光三角测距系统研究与实现

为了准确测量待检测物体厚度,提出了基于远心镜头的主动式激光三角测距的方法。而远心镜头采用平行投影的方式,使得像点位移与物体高度变化之间呈现线性关系,在此基础上建立了基于远心镜头的主动式激光三角测距模型,探讨了光学系统误差、机器装置误差、图像处理误差等影响精度的因素。实验结果表明,利用基于远心镜头的主动式激光三角测距的方法和补偿插值法得到的厚度测量平均误差能够达到5μm以内。

远心结构光三维系统研究

结构光三维重建技术已广泛应用于工业检测领域,随着工业检测需求的不断提高,工业检测技术的需求也愈发向微小化和高精度化方向发展。其中,远心镜头具备透视误差小、镜头畸变小、成像失真少等优秀特性,获得越来越多的关注。该文投影仪采用传统镜头,将传统结构光系统中的相机镜头替换为远心镜头,通过对传统两步标定法的改进,对相机的仿射模型进行标定,随后用已标定的相机对投影仪进行参数标定。实验结果显示,所开发的远心结构光系统具备能够实现小视野范围的高精度、高分辨率三维重建,并具有加大的测量景深,可用于半导体器件及微型零部件等目标的高精度三维检测。

一种便捷的远心三维测量系统标定

随着加工技术的快速发展,条纹投影三维测量在微小物体方向得以迅速发展,采用远心镜头已经成为条纹投影显微三维测量最重要的方法之一。然而,当使用基于单应性变换多平面标定法对远心相机进行标定时,无法直接获得相机外参的封闭解。在单应性变换平面标定法的基础上,对双远心三维测量系统提出了一种便捷的标定方法,能够直接获取远心相机的外部参数。通过建立2个间隔一定高度标定板平面之间的面内旋转和平移关系,能够得到标定板平面控制点的三维坐标信息,进而完成外参封闭解的求解。该标定方法仅需要借助一个可以在参考面上任意放置的标准测量块就能完成远心三维测量系统的标定,具有高灵活性和实用性。

MD投影机中的光学元器件(五)——投影镜头

微显示投影机所用的镜头,不同于电影放映、幻灯投影、书写投影、投影测量等投影镜头,更不能拿照相机镜头代替微显示投影镜头。微显示投影镜头有特殊的结构和要求,除了要求成像清晰、色彩丰富鲜艳、消除畸变、画面亮度均匀以外,还要求与投影机的光学引擎、显示器件相匹配。按使用情况,投影镜头分为前投影镜头和背投影镜头两大类。

基于混合镜组模型的变焦镜头设计

为了优化变焦镜头的设计过程,本文提出了基于混合镜组模型的变焦镜头设计方法,包括近轴设计,镜组模型确定以及基于混合镜组模型的像差设计。近轴设计阶段采用了高斯括号和矩阵光学,可以很方便地构建镜组间隔和镜组焦距之间的关系。镜组模型确定阶段是根据现有镜头专利训练了一个镜组分类模型,它可以根据镜组近轴数据将镜组分为薄透镜模型或者厚透镜模型。像差设计阶段综合了薄镜组模型像差设计和厚镜组模型像差设计。镜组分类模型成功地将80%以上的镜组进行了分类。最后采用基于混合镜组模型设计方法设计了一个物方远心的变焦镜头。结果表明,该镜头具有良好的设计初值,基于混合镜组模型的变焦镜头设计方法能减少像差变量数量,准确、方便地完成像差设计。

一种利用结构光照明的高精度三维测量系统

为了实现对微小物体的高精度三维测量,本文构建了一套基于结构光照明的三维形貌测量系统,对该系统所使用的相位编码算法、远心相机标定算法和投影仪标定算法进行了研究。首先,通过边缘提取算法获得二维平面标靶的特征点坐标,使用改进的张氏标定算法完成远心相机标定,通过相位编码结构光得到相机像素与投影仪像素之间的映射关系。然后,由映射关系使投影仪也能捕获特征点的位置信息,进而完成投影仪标定。最后,基于立体视觉模型对被测物体进行三维重建。实验结果表明,标定后的测量系统视场大于2000 mm^(2),全视场的测量精度约为32μm,中心视场的测量精度为10μm。该系统具有良好的稳定性和重复性,能够满足大多数工业检测的应用需求,展示出广阔的应用前景。

基于机器视觉的铣刀检测系统的设计

运用机器视觉检测原理,设计了一套铣刀检测系统。根据铣刀的结构形状和精度要求,采用背光式照明方法形成铣刀轮廓,通过远心镜头和CCD相机获取铣刀图像信息。系统的硬件构成由照明子系统、图像采集子系统和机械运动子系统三部分组成,使用Pylon Viewer软件对图像进行预处理,经过图像灰度化、噪声滤除及二值化处理等步骤完成铣刀图像提取。检测试验表明,检测系统能准确判断铣刀径向圆跳动,效率高且操作方便,可实现大批量铣刀的检测要求。

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11μm,系统的有效深度测量范围为700μm。

基于机器视觉的高速线材椭圆度测量系统的设计

设计了一种在实验室环境下模拟工业现场高速线材椭圆度监测系统,利用三相机测量的方式,实现了线材椭圆度的非接触式测量。首先选取双侧远心镜头、准直光源、高速面阵CCD工业相机对线材实时图像进行采集,并对相机进行标定与畸变矫正;随后对三路相机采集到的实时图像依次预处理,提出了一种自适应Ψ值运动模糊图像恢复方法;最后通过霍夫变换检测到的两条直线上点分别计算出三路相机测得的线材直径,并利用直径计算出线材椭圆度。研究结果表明,在实验室条件下该系统的测量精度达到了实际工业生产中所需的精度,有望在高线生产线上投入使用。

基于图像拼接的直线轴承长度测量方法

针对远心镜头因自身特性无法调节视场大小,难以适应直线轴承测量时一次性获取零件完整图像的问题,利用HALCON图像处理软件通过图像拼接方法进行直线轴承的长度测量。综合考虑特征点提取和边缘轮廓获取效果,采用背光与正向照明相结合的方案,建立了基于组合照明的直线轴承测量系统;在图像拼接中,提出了一种在图像近似重合区域内使用图像金字塔分层搜索的方法进行特征点检测与匹配,以提高图像拼接效率;最后通过Canny算子和最小二乘法拟合进行图像边缘定位,完成长度测量。实验结果表明:组合光源能更好地兼顾图像表面特征点与边缘轮廓提取效果;提出的拼接方法检测时间在0.2 s左右,相比于传统方法检测时间减少了88%;基于图像拼接的视觉测量误差小于0.1 mm,测量重复性上相比于传统方法更稳定,测量最大标准差为0.005。因此,保证了视觉系统的检测效率、精度以及稳定性,在工业自动化检测方面具有一定的理论依据和实用价值。

双侧远心线阵视觉系统的动态扫描成像标定

目前对于由双侧远心镜头和线阵相机组成的成像系统标定方法的研究较少,尤其是考虑动态扫描情况下的双侧远心线阵成像系统标定。文中首先对线阵相机扫描方向做类投影变换处理,进而结合仿射成像建立了双侧远心线阵成像系统的几何成像模型;之后,分析了影响成像效果的各类畸变因素,包括扫描方向速度波动导致的畸变以及成像镜头畸变;接着,给出了所提成像模型的内外参数求解方法及标定流程;最后,通过真实标定实验和仿真实验对所提方法的有效性进行了验证。结果表明该方法可有效实现双侧远心线阵成像系统行、列两个方向的标定,标定后的重投影误差小于1个像素。