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。

基于机器视觉跟踪的船舶小组立焊接过程中焊点提取技术研究

针对船舶分段小组立焊接工艺要求,开展了基于机器视觉跟踪引导焊接中焊点提取技术的研究。首先,介绍了焊点提取技术的国内外研究现状;其次,分析了焊接工件的常用接头形式;再次,采用自主研制的视觉跟踪引导传感器采集了工件的激光线图像,基于灰度重心法提取了激光光心重心;最后,基于斜率平均值法计算了光心的斜率,提取了光心轮廓单调区间,基于突变点的几何特性提取了最大跨度单调区间,确定了焊点坐标。最终开展了小组立零件的焊接实验,取得了较好的焊接质量。

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。

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.

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1像素。

基于动态梯度的激光光斑中心定位算法

为提高激光光斑中心检测的长期稳定性、抗干扰性能和定位精度,在对相关圆心定位算法进行研究的基础上,通过理论分析与实验测试,提出一种基于动态梯度的激光光斑中心定位算法。该算法根据激光光斑特点,利用图像梯度对光斑进行标识与定位。实验结果表明,该算法定位精度高,有效提高了激光光斑中心检测的抗干扰性能和长期稳定性,适合对测量精度要求高的长期在线测量。这种新方法已被成功用于自动激光挠度测量系统中。

几种激光光斑中心检测方法的比较

激光光斑位置的准确确定是决定测量系统精度高低的关键因素,所以激光光斑中心的定位就显得尤为重要。通过对模拟光斑图像进行计算,对常用的几种方法进行了比较并得出了结论。

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。

激光光斑中心空间定位方法的研究

介绍了一种用于工程机器人的双目立体视觉系统。该系统采用双面阵CCD,可对激光光斑中心表示的空间点进行定位。给出了系统的结构、数学建模方法及计算公式,采用灰度矩法实现激光光斑中心的精确定位。通过对不同尺寸的椭圆形、方形和三角形光斑的实际测量,系统中心定位精度达到 2%,而且不受光斑形状的影响,具有良好的稳定性。

流体液体激光器的热流场对输出光场的影响

为了研究液体流速对输出光场的影响,采用数值模拟的方法,模拟了硬边正支非稳腔的有源流体激光器的输出场,并用有限元差分法分析了不同流速条件下热流场分布,得到了在平面波抽运光抽运,并考虑介质的增益饱和时其输出光场的光束质量和光斑中心(峰值强度),在实验观察到了液体流动时光斑中心发生了偏移。结果表明,当液体流速大于1 m/s时,光束质量趋于定值,激光光斑中心偏向于受抽运面的侧面。

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10μm内。

激光光斑中心定位算法的实用性改进

研究了重心法、Hough变换、圆拟合算法及空间矩算法,通过理论分析与实验测试,找到一种能有效提高激光光斑中心检测抗干扰性能和定位精度的算法,该算法适用于对测量精度要求高的实时自动测量,并被成功地用于渝黔高速公路太平庄大桥和安稳大桥的自动激光挠度测量系统中。

基于加权插值算法的激光光斑中心检测

激光光斑成像质量是激光制导武器的重要指标之一,而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。为实现实时高精度激光光斑检测,本文提出一种改进的加权插值的亚像素细分算法,通过对图像中光斑范围内一定区域的所有有效像元节点分组进行插值计算,并将各组结果进行加权处理以获得更高的光斑定位,显著提高了精度和稳定性。经过误差分析和实验证明,此算法有效提高激光光斑中心检测抗干扰性能和定位精度。

基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测

机车轮轨接触点位置的变化能够直观地反映出轮轨的接触状态。针对当前摄像机检测方法难以全面拍摄到轮轨接触点位置的缺点,设计了一种基于激光源的机车轮轨相对横移图像检测方法。该方法采用摄像机与激光源相组合的方案,把摄像机与激光源分别安装在转向架上且与地面保持一定的角度,巧妙地将轮轨相对横移测量转换为激光源在轨道内侧表面光斑中心点位置的提取。实验结果表明,该方法实现了轮轨相对横移数据实时采集和存储,对高速机车稳定性和安全性研究具有重要的实际意义。

TFT-LCD面板光学检测自动对焦系统设计

针对TFT-LCD面板尺寸大、厚度薄、光透过率高的特性,建立了基于激光三角测距法的自动对焦系统。采用光学回路和机械结构设计,对激光光斑中心位置准确求取以及自动对焦原理等算法进行了研究。首先,根据激光三角法测距原理进行了光学回路设计,并以纳米定位平台作为微小行程对焦驱动轴。其次,通过分析光斑图像特性,调节相机快门调整曝光量从而对图像进行噪声消除。另外,采用质心法快速提取光斑中心,在分析激光光斑中心位置与离焦关系的基础上,说明了自动对焦算法。最后,介绍了系统自动对焦时间的设定方法。实验结果表明:在行程为100μm的自动对焦范围内,5X物镜下,自动对焦时间为0.36 s,重复定位精度为±1.98μm。50X物镜下,自动对焦时间为0.41 s,重复定位精度为±0.26μm。该系统稳定性好、对焦精度高、抗干扰能力强,基本满足大尺寸玻璃基板光学检测的需要。

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。

提高多光源汇聚光斑中心定位精度的形态学滤波方法

在激光指令传输中,为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离,将多个特性相同的激光器矩阵排列,构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点,采用形态学滤波中的开启、闭合运算,去除背景噪声斑点,平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔,使得能以简化的分割和定位算法,快速获得接近实际的完整光斑边界,光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心,为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。

光束指向稳定性高精度检测方法研究

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。

基于嵌入式机器视觉的路基沉降监测系统研究

对路基沉降实施有效的监测,是其基本需求和安全运营的重要保证。通常采用陶瓷微压传感器或硅微压传感测量沉降管中水面压力差的微小变化来实现对路基沉降的监测。文章提出一种基于激光和嵌入式计算机视觉的方法,通过测量激光光斑中心的偏移来实现路基沉降监测,该方法具有简单、低成本和易于敷设等优点。