面向IC封装的显微视觉定位系统

为了实现IC封装设备视觉定位系统的整体构建,在分析面向IC封装的视觉系统的基础上,对显微成像系统、视觉系统标定以及模式识别定位算法进行了研究。针对面向IC封装的视觉定位系统的特点,搭建视觉系统,并进行了系统标定。用Matlab编写了模式识别定位软件界面,并进行了相关试验研究。实验分析了系统的定位精度和稳定性,实验结果表明,标定误差基本满足正态分布,XY方向的平均误差为0.0145和0.1065pixel,方差为0.3103和0.2775pixel。经过对视觉定位系统的标定,并使用某种IC芯片进行实际定位实验,结果显示匹配定位误差可以控制在3.5μm(0.4pixel)以内。该视觉系统实现了亚像素级的定位精度。

显微视觉系统中自动聚焦算法的研究

针对自动聚焦过程中的聚焦评价函数、聚焦窗口、搜索算法进行了研究。首先改进了Robert函数增加了聚焦评价函数的陡峭度;其次针对固定聚焦窗口无法准确找到聚焦物体的缺点,提出了一种动态选择聚焦窗口的方法,该方法将图像分块,利用不同子块的梯度变化程度区分物体和背景,该方法更具适应性;进而提出了大步长和小步长相结合的爬山搜索算法,经过改进后的爬山搜索算法能更准确地找到焦平面;最后通过自行研发的显微视觉系统验证了所提自动聚焦方案的有效性。

显微视觉系统大范围自动聚焦及控制

针对显微视觉系统中大范围聚焦问题,本文提出新的聚焦搜索策略。该策略将改进的SUSAN算子和小波变换算子组合提出新的聚焦评价函数,并根据评价函数单峰性以及峰值两侧变化陡峭的特点将聚焦曲线分为实现快速搜索的平缓区和高斯拟合的陡峭区,采用自行研发的显微视觉系统对搜索策略进行验证,按照拟合结果驱动电机直接到达焦平面。实验结果表明,新的聚焦搜索策略在实时性和准确性上具有更好的效果。

微操作机器人显微视觉系统研究

分析了显微视觉系统的基本原理和组成,给出了其在微操作领域的应用现状,提出了显微视觉系统亟待解决的一些关键问题,并对这些关键问题的解决方案进行了探讨。提出并设计了一种面向亚毫米级微零件装配的基于正交方式实现的立体显微视觉方案,形成对三维微装配空间的立体监视,系统的精度为2．5μm,满足了微装配要求。

微型机器人视觉系统的实现

利用Ф2mm电磁型微马达作为执行器设计制作了一外形尺寸为 5mm× 6mm的微型机器人小车 ,附设了粗细两级CCD摄像头来实现机器人视觉。为了满足机器人实时控制的要求 ,采用简单实用的机器人运动参数粗略提取方法 ,实现了机器人当前位置、运动速度和方向以及运动加速度等参数的实时提取。当机器人到达目的地来实现微器件精密定位时 ,采用亚像元定位的方法来实现微操作端位置参数的精确提取。模板匹配技术在微型机器人系统中的灵活运用解决了系统参数提取的实时性问题 。

基于机器微视觉的微结构平面运动测试技术

为了对MEMS的微结构平面运动特性参数进行提取和分析,基于机器微视觉构建MEMS动态测试系统,提出模糊图像合成技术.在连续光照明下获取微结构运动图像,利用光学检测方法增强模糊特征带,引入亚像素定位技术提取特征结构边缘,最终获得微结构的平面运动特性参数.实验结果表明,该系统测量误差小于100nm,具有较好的测量重复性精度.与现有系统相比,该系统测量原理简单,实现方便,且能满足微结构的测试需求.

微装配中变焦变倍视觉系统标定及自动聚焦

在微装配中,采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾,但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此,对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面,首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法,采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定,再引入畸变模型,并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化,优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel,平均反投影误差约为0.1 pixel。此外,通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面,针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题,采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法,通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比,该算法的单峰性好,抗噪性强。

基于区域投影的微型足球机器人系统识别

针对足球机器人这一多机器人系统中机器人小车和球的视觉识别 ,开发了一种基于区域投影的识别方法。首先对于由 CCD镜头所捕获的图像进行宏观位置跟踪 ,即自上而下、自左至右地进行网格搜索 ,获取目标物体 (机器人小车和小球 )内一点 ;然后从该点出发 ,利用区域投影 ,对目标物体精确定位 ,得到小球和各机器人的中心位置及各机器人的方位。运行结果表明 ,本方法具有较高的识别精度 ,能够很好地识别处理多个机器人粘连在一起的情况 ,同时识别速度较快 ,对于大小为 80 0 pixels6 0 0 pixels(包括六个机器人小车 )的图像 ,采用 PII35 0 PC识别速度达到每帧仅用时 1.2 m s。

基于视觉/GPS/MEMS-INS数据融合的MUAV导航方案

提出了基于视觉/GPS/MEMS-SINS的微小型无人机(MUAV)数据融合导航方案,利用视觉测量和GPS测量分别与INS组成子滤波器系统,依靠主滤波器对2个子滤波器的估计值进行数据融合。通过仿真验证,说明提出的组合导航方案具有很高的导航精度,能够有效抑制MEMS-INS的漂移,并且在GPS信号失效时,具有很高的容错性能,能够保证导航系统的稳定性,具有一定的应用价值。

一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助微机械捷联惯性导航系统/全球定位系统超紧组合导航系统

为解决高动态、恶劣全球定位系统(GPS)环境下微机械捷联惯性导航系统(MEMSSINS)/GPS超紧组合导航系统抗干扰能力差的问题,提出一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助MEMS-SINS/GPS超紧组合导航系统。将双目视觉提供的姿态信息引入MEMS-SINS/GPS超紧组合系统中,提高了平台失准角的可观测性;推导了系统的状态方程和量测方程,使用模糊控制方法对两个子滤波器的导航结果进行信息融合。通过数字仿真验证了该系统方案设计的可行性:当GPS信号受到强噪声或多径干扰造成跟踪精度下降时,双目视觉辅助MEMS-SINS/GPS超紧组合系统可以有效降低导航误差,系统位置误差和速度误差分别保持在5. 0 m和0. 5 m/s以内,有效地解决了低空飞行器在GPS信号被遮挡或干扰情况下的导航问题。

液压油污染度CCD显微检测系统

研制了一种新型液压油污染检测系统。采用柯拉远心光路照明原理,使被测油液得到充分均匀照明。综合CCD光电显微成像和计算机数字图像处理技术,运用最佳阈值分割和轮廓提取相结合的图像数据处理方法,实现了污染颗粒图像边缘的精确检测。对实际液压油进行抽样实验,其测试精度达到国际标准的要求。

微操作机器人及其显微视觉伺服控制系统的研究

介绍了一种在生物医学工程领域用于完成显微操作的微驱动机器人系统 ,包括其物理结构和逻辑结构。该系统采用基于梯度方差方法恢复显微图像深度信息的显微视觉伺服控制策略以提高该机器人操作精度。目前 ,该机器人系统已成功地完成了人类血液红细胞的分离实验。

一种实用的计算机视觉三维微检测系统的研究

基于计算机立体视觉原理提出一种实用的三维微检测系统 ,介绍了系统的测量原理 ,系统构成 ,三维微检测的实验方案及实验结果 ,最后讨论了系统的误差的主要影响因素 。

基于视觉的微机器人结肠镜运动导航

设计出一种用形状记忆合金驱动的头部转动机构和一种基于视觉的控制算法，用其进行了微机器人结肠镜在肠道内的自主导航研究。建立了转动机构模型，推导出记忆合金弹簧位移和偏转角度之间的关系。针对人体腔道内图像特点,使用腐蚀生长法找到腔道中心，反推出头舱的偏转角度和记忆合金弹簧位移。基于Preisach模型,提出了记忆合金驱动的前馈控制算法,进行了数字仿真和猪大肠内离体试验。结果表明，控制算法偏转误差小于2.6°，具有良好的实时性.该系统灵活可靠、控制方便,为主动式无创诊疗内窥镜的临床应用奠定了基础。

平板类微小零件装配控制策略与软件架构研究

针对不同尺寸的平板类微小零件装配问题,将视觉技术引入到微装配作业中,对微装配控制策略和软件架构进行分析研究。根据微小零件结构特点、尺寸与装配精度要求,提出'Look and move+Visual servo'相结合的微装配控制模式,采用由界面层、数据层和逻辑层组成的分层软件架构,建立基于视觉的真空吸附式微装配系统平台。围绕集成化、可复用性要求,进行软件框架类继承关系的分析,采用基于动态链接库和VC++的MFC应用程序框架编程方法,集成Halcon视觉算法库,应用数据驱动模式,最终实现微装配控制软件设计。基于控制方法对由5个不同平板类微小零件组成的微组件采用三种不同装配方式,分别进行8组装配试验,并对其关键精度指标进行测量与分析,其测量结果表明,三种装配方式中姿态调整自动装配方式装配效果最佳,微组件的同轴度和平行度误差基本满足装配精度要求,微装配的适用性有明显改善。此控制方法可以有效的用于其他微装配系统,且具有良好的鲁棒性、可复用性和人机交互性。

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。

360度可环视全屏体三维显示系统

研究了一种全屏体三维显示系统。以数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器(SLM),将三维模型的螺旋切片序列投射到高速旋转的螺旋屏上,由于视觉暂留效应,切片序列便被人眼感知为360度可环视的三维立体图像。重点分析了基于全屏的成像空间的性能,研究了基于增强型体心立方(EBCC)采样算法的体素化策略。实验结果表明,增强型BCC采样算法较基于笛卡尔栅格的采样算法减少了30%的体素量,同时避免了体素模型出现空洞;基于全屏的体三维空间超过原来半屏体三维显示系统的4倍,生成的图像亮度均匀;在400mm×300mm×250mm的长方体形成像空间内显示的立体图像,可从360°范围内任意视点裸眼观看。

用于DNA计算的微流控制系统研究进展

分析了应用于生物工程目的微机电系统——微流控制系统在DNA计算机研究中的相关进展。从对DNA及蛋白质分子的操控及检测两个方面介绍了微流控制系统的研究进展,论述了微流控制系统向复杂化、空间结构三维化的发展方向。分析了国内外对显微结构下目标三维检测的最新研究进展,针对DNA计算中的输入输出问题给出了微流控制解决方案。

柔性自动化微装配的自主式显微视觉技术

针对非硅微机电系统自动化、柔性、高精度、高效的装配特点,提出并实现了一种基于金属氧化物半导体(CMOS)、现场可编程门阵列(FPGA)及数字信号处理器(DSP)的显微视觉系统设计方法.该方法兼顾了模块化、柔性与可重配置、高检测精度及速度等系统主要指标,实现了结构模块化、功能可重配置、具有非常高的检测精度及速度的显微视觉系统.通过实验分析了系统的物理分辨率以及对测量精度进行了标定,验证了系统的设计技术指标.结果表明:系统对非硅MEMS器件的最高测量精度可达0.6μm,检测时间小于0.65s,不仅满足了现有微小型零件柔性自动化装配的要求,同时也为微小型零件的高精度、高速度检测提供了重要的解决方法.

微器件装配系统机器视觉的实现

高精度的机器视觉系统是实现微器件装配的关键之一。本文对微器件装配系统中机器视觉的功能和过程进行了设计 ,并对各部分算法进行了改进设计使其能够满足微装配的实时检测定位的功能。对微器件中广泛存在的圆形轮廓进行了识别定位的实验 。