视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究

针对在三维视觉检测应用中,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究.基于透视投影变换和空间解析几何理论,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型,从而为圆孔(椭圆孔)或圆柱(椭圆柱)类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值.      

无约束结构光三维测量系统方法研究

传统的结构光三维测量系统对摄像机和投影仪的摆放有严格的要求或者标定过程较为复杂。本文根据光平面的概念通过增加光平面的参考点和法向量参数,使摄像机和投影仪之间位置无约束并简化标定过程,对这一方案进行理论分析和研究,提出了这一方法在实现上的基本原理,并进行了实验验证。实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。     

光纤彩色三维图像实时全光传感器

对传像光纤的分辨率进行了研究,针对其出现的问题提出解决对策,并介绍了光纤彩色三维图像实时全光传感器的工作原理与实验结果,得出了以中性光子完全代替电子为信息载体的光纤彩色三维图像传感器,具有实时摄取、传递和显现立体彩色目标功能的结论.其抗电磁干扰与自隐身性极佳,在电子战争中或断电紧急时刻将成为机载影像电系统的后备补充.     

在彩色图象中抽取颜色恒常性和高光

某种材料表面的颜色具有与形状无关的稳定特性,但图象中表面的颜色由于存在高光和影调而是变化的。建立颜色反射的物理模型是正确理解图象颜色的基础。叙述了根据Klinker~[1]等提出的二色反射模型,在颜色空间直方图中,利用K-L 变换作平面拟合,分离面反射颜色分量与体反射颜色分量,计算光源和物体色度坐标的方法。讨论了实际CCD 摄象机的局限性,给出了实验结果。文中的彩色图象是指单一颜色光照(非单一波长的光照)下的单色物体在彩色CCD 摄象机中成的象。     

基于结构光扫描数据点的内表面重建方法

提出基于结构光扫描获取的特征点重建物体内表面的方法.结构光扫描获取原始数据精度较高,但是存在数据密度不均的问题.通过剔除测量方向部分冗余数据点和插补扫描方向的稀疏数据,对原始三维数据密度进行适当调整,然后采用基于局部切平面簇的方法对调整后的数据点云进行表面重建.在某一特征点的邻域构造对应于该点的局部切平面,通过局部切平面簇逼近原始表面,采用Marching cubes算法提取等值面,得到三维表面重建的初始网格,根据优化算法简化网格,并采用Loop细分法平滑网格,获得描述物体表面特征的重建表面.该方法解决了由结构光扫描获取的不均匀原始数据点重建物体内表面的问题.      

基于CCD和超声的物体位姿检测方法及精度分析

介绍了用单个CCD摄像机和超声传感器相结合检测物体位姿的方法.首先由CCD摄像机采集一幅图像,获取物体上目标点在图像坐标系中的理想坐标,并由此确定该点投影矢量(连接物体点和对应图像点的直线)的方向;然后控制机器人运动,使超声传感器的z轴与求得的投影矢量重合;最后用超声传感器测出投影矢量的长度,确定目标点在摄像机坐标系中的坐标.分析了影响检测精度的主要因素,具体研究了超声传感器的安装参数对检测精度的影响规律,进行了仿真分析.该方法可以有效地降低图像处理所带来的巨大数据量,避开双目视觉中的图像匹配问题,快捷、精确检测物体的位姿.     

激光寻距器作可见物体测量

提出一种能从一幅图象中测出物体三维信息的激光寻距器,介绍了它的结构,并据此讨论了从二维图象到三维图象的变换算法和从表面到物体的识别方法。激光寻距器用于引导机器人焊接,证明可见物体的测量是成功的。     

彩色图像中的本征图像的抽取

光源的位置和颜色影响到景物在摄像机中的成像,高光(highlight)的出现使一般的分割算法得不到理想的分割结果。文中根据二色反射模型(Dich-romatic Reflectioa Model),将图像分解成两个本征图像(intrinsic image)——本色图像(matte image)和高光图像(highlight image)。本色图像是去掉高光后的图像,反映了景物本身的不变性,不受外部因素(如光源的位置和颜色)的影响。而高光图像是只含有高光的图像,反映了外部因素的影响,有助于确定物体的形状。文中的彩色图像是指单一颜色光照(非单一波长的光照)下的单色物体在彩色CCD 摄像机中成的像。     

大尺寸工件直线度视觉测量系统中摄像机标定的研究

根据大尺寸工件直线度激光视觉测量系统的现场标定需要,从分析点结构光传感器模型入手,推导了计算机像平面坐标系到世界坐标之间的映射关系,借助转轴实现系统旋转扫描测量;介绍了系统中摄像机坐标系、传感器坐标系、转轴坐标系、标定块坐标系及全局坐标系等各个坐标系的转换关系,结合测量系统特点设计了特有的靶标,提出了适于大尺寸工件视觉检测系统摄像机参数及全局标定方法。实验表明,该方法快速,可用于现场标定。     

基于柔性平面靶标的摄像机现场标定方法

提出一种摄像机现场柔性平面靶标标定方法.该方法仅需在平面靶标上设置少量空间三维坐标已知特征点.在这些特征点中,任意共线的特征点可以确定一条直线,因此可以确定若干条直线.根据在透视投影变换下,直线和直线的交点均为不变量的性质,可获得除已知特征点之外的大量标定特征点用于摄像机标定.基于误差传播理论,对标定点的不确定度进行了详细分析.采用研制的尺寸为100mm×100mm,加工精度为0.01mm的柔性平面靶标,对摄像机进行了现场标定实验,获得了0.032mm的标定精度.     

Scientific instrumentation of PLANET-A VUV imaging of the hydrogen coma of Halley

The PLANET-A spacecraft to fly by Comet Halley is equipped with a VUV imaging camera which will take pictures of the hydrogen coma of the comet. The camera is composed of a telescopic mirror lens, a VUV image intensifier, two dimensional CCD, and controlling electronic circuits with a microprocessor. In order to eliminate the blur in the image due to the spinning motion of the spacecraft, a special technique called “spinsynchronized charge swift” is used in the CCD driving.     

扰动测量环境中基于图像序列的模态参数识别

针对结构模态参数识别,提出了一种基于二维连续图像序列的识别方法.该方法以CCD相机采集的图像序列为基础,在待识别结构上选取一定数量的特征点,运用因子分解法将结构运动参数和外形信息分离开,得到各特征点的运动轨迹,通过实施特征系统实现算法(ERA,Eigen-system Realization Algorithm)识别出结构的模态参数.特别是当测量仪器,即CCD相机受到扰动时,能够从图像序列中分离扰动,得到结构自身的运动参数,保证较好的识别效果.以相机受扰动时,悬臂梁模型为例进行了仿真分析.将识别出的悬臂梁前5阶频率与ANSYS计算结果进行对比,结果吻合很好,对于工程中利用光学图像识别结构动态特性具有较高的参考价值.     

嫦娥一号CCD立体相机数据光度校正

为更加精确拟合相函数系数, 得到较为准确的光度校正结果, 针对嫦娥一号CCD立体相机数据的特点, 对改进的Lommel-Seeliger模型中的Lommel-Seeliger因子进行修订, 使去除太阳入射角和传感器观测角影响的遥感图像数据能够更好地契合相位角的变化; 利用加入修订后Lommel-Seeliger因子的模型对嫦娥一号CCD立体相机数据进行逐像素光度校正; 选取同一轨道不同纬度和同一区域不同视角两组数据来验证算法的有效性和适用性. 实验结果表明, 该方法能够有效校正由于几何观测条件变化而引起的目标光谱特性的不一致性, 对于较亮和较暗区域的光度校正效果更为有效.      

飞秒激光系统图像调焦装置以及方法

飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势，而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术，通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致，从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zemax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路，二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量，证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深(3.9 μm)引起，我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 μm的二层圆柱结构，通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5 μm范围以内，与理论分析一致，满足飞秒激光系统的调焦要求.     

利用图像相关法精确测量3D-CT成像系统焦距

对于实际的3D-CT成像系统,射线源焦点和物体旋转轴中心的位置不能直接测量,如何采取简单易行的方法精确测量二者之间的距离(即系统焦距)成为一项工程技术难点.通过双圆目标体二次成像获得射线数字成像(DR,Digital Radiography)图像,对各DR图像进行自相关处理,获得双圆投影中心距,再通过解析方法求解出系统焦距值.实验结果表明,测量精度达到了实际扫描系统的重建要求.该方法实现简单, 具有较强的抗噪能力,可实现自动测量.      

一种基于现代通信理论的图像质量评价技术

应用现代通信理论对成像系统进行了分析, 建立了模拟和数字图像的目标信息密度模型。利用目标信息密度增量评估了亚像元技术的应用; 讨论了系统调制传递函数(MTF)和信号噪声比(SNR)对目标信息密度的影响, 发现目标信息密度随 SNR提高而提高, MTF的影响与目标统计特性有关。     

空间交会对接CCD光学成像敏感器光学特性

以辐射度量为标准,建立了CCD像机探测合作目标光功率模型以及功率方程,得到了所需合作目标光功率与CCD像机参数的制约关系,分析了CCD像机探测到光点所占像元数与传输距离之间的关系。用超焦距方法解决了CCD像机对有限远距离范围内工作时的成像清晰度问题,采用了像方远心光路设计解决了系统测量精度问题。研究了太阳光进入CCD像机视场和照射对接口反射后对CCD像机产生的影响。