1 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 新疆大学 机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
3 新拓三维技术(深圳)有限公司 创新实验室, 广东 深圳 518060
为了实现复杂曲面零件高效自动化测量,本文提出了一种基于改进栅格法的面结构光扫描视点规划方法,并将其应用在汽车复杂曲面零件自动化测量中。首先,针对人工示教视点冗余严重,扫描完整性差的问题,提出了一种基于改进栅格法的面结构光扫描视点规划算法,根据面结构光扫描仪的有效测量范围,确定栅格尺寸,改进候选视点生成策略,并通过扫描仪的测量约束条件得到候选视点的有效测量范围,利用视点质量评价函数确定最优视点。其次,针对视点规划过程中算法耗时长,特征重建精度低的问题,采用体素网格法简化模型,通过八叉树算法分割复杂曲面模型,根据法向量一致性误差确定体素网格尺寸,并且对于几何特征不同的模型,分析权重系数对扫描质量的影响,给出最佳权重系数。最后,进行了汽车钣金件和减速器壳体扫描视点规划和测量实验。结果表明,汽车钣金件视点规划耗时21.93 s,扫描完整性为99.124%,扫描精度为0.025 mm;汽车减速器壳体视点规划耗时158.29 s,扫描完整性为93.231%,扫描精度为0.032 mm。本方法能快速完成复杂曲面视点规划,并且采用规划视点扫描的模型完整性好,精度高,能够满足复杂曲面零件自动测量的要求。
复杂曲面 结构光 视点规划 栅格法 质量评价函数 complex surface surface structured light viewpoint planning grid method quality evaluation function
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220686
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220342
1 成都理工大学 数理学院 ,成都 610000
2 成都理工大学 核技术与自动化工程学院,成都 610000
3 成都理工大学 地球物理学院,成都 610000
在多景深场景下,已知目标物类型,当目标物位于图像中心位置时,传统的聚焦评价函数曲线灵敏度较低;当目标物偏离中心位置时,聚焦评价函数曲线容易出现局部极大值或无法准确判断出准焦图像,影响自动聚焦系统。针对这两种情况,提出了一种基于U-Net神经网络判断目标物位置,设定对应窗口和评价函数的方法,即当目标物位于图像中心位置时,提出了一种新的聚焦评价函数——SMD-Roberts函数;当目标物不在图像中心位置时,设定对应窗口,选择SML评价函数对图像像质进行评价。实验结果表明,与传统的灰度梯度自动聚焦评价函数和传统的取窗法相比,该方法得到的聚焦评价函数灵敏度最少提高0.0241,耗时最少减少0.0355 s,单峰最少减少1个次峰,有效地解决了多景深场景下,应用聚焦评价函数判断目标物最清晰位置不准确及聚焦评价函数曲线出现双峰的问题,明显地提高了评价函数的无偏性、单峰性以及灵敏度。该方法普适性强,更适用于自动聚焦系统。
自动聚焦 评价函数 神经网络 图像分割 灰度梯度 automatic focus evaluation function neural network image segmentation gray gradient 强激光与粒子束
2022, 34(12): 129001
为了满足热像仪在不同场景下自动对焦的功能需求,对现有多种自动对焦实现方案的优劣势进行了评估分析,并选择了一种基于角点检测算法的对焦方案。通过检测图像中的角点数量来实时判断图像的清晰度。根据热像仪FPGA图像处理系统的性能对该算法进行了改进与优化,并提出了多阈值角点检测实时对焦方法。根据当前场景的对焦状态,热像仪可自主判断是否执行对焦操作,以适应不同检测场景的需求,最终实现其在不同场景下的实时自动对焦功能。
实时自动对焦 评价函数 角点检测 real-time autofocus evaluation function corner detection
1 中国科学院光电技术研究所质检中心,四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
3 中国科学院大学,北京 100049
当利用传统聚焦评价函数对微纳结构进行自动对焦时,微纳结构边缘方向的多样性会导致对焦稳定性差和灵敏度低。针对上述问题,对比分析了传统的聚焦评价函数,并将Brenner函数和Roberts函数相结合,提出了一种新的聚焦评价函数——Brenner2d_Roberts函数。通过实验获取了三组不同边缘方向的微结构显微图像,并对生成的对焦评价曲线及相关的评价指标进行了对比分析。结果表明,与SMD、Brenner和Roberts等传统聚焦评价函数相比,所提聚焦评价函数在多个显微图像边缘方向上均表现出良好的对焦性能,且具有更好的稳定性和更高的灵敏度。
显微 自动对焦 显微图像 聚焦评价函数 稳定性 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0418001
长春理工大学 跨尺度微纳制造教育部重点实验室, 长春 130022
数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术, 其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据。通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能, 探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法, 发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要。针对自动调焦问题, 提出一种分段递进搜索方法, 将搜索过程分为两个过程: 大步距粗调和小步距精调, 分段搜索最优解。然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能。实验结果表明, 所提分段递进搜索方法适用性更强, 并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性。
数字全息 自动聚焦 聚焦评价函数 微细铣刀 搜索算法 digital holography auto-focusing focus evaluation function micro milling tool search algorithm
红外与激光工程
2021, 50(5): 20200326
1 中国科学院上海技术物理研究所智能红外感知重点实验室, 上海 201800
2 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
3 中国科学院大学, 北京 100049
在远距离目标检测和跟踪的过程中, 成像清晰起着至关重要的作用。红外望远镜系统的成像距离远、景深短、失焦引起图像模糊。由于大气折射, 望远镜所成的像处于不断变化之中, 造成传统对焦算法对焦成功率、效率偏低。为了提高自动对焦的成功率和速度, 采用了一种具备变步长的爬山法, 利用多次求图像清晰度取其中位数的方法保证清晰度评价的准确性, 利用带动量和加速度的爬山法降低了对焦过程中的不稳定性, 减少了粗对焦过程所需的步数。算法在实际中波红外望远镜系统中得到应用, 实验结果表明, 该算法在粗对焦阶段所需的对焦步数比传统爬山法减少了 12.8%, 满足红外望远镜系统的需要。
自动对焦 红外望远镜 评价函数 动量 加速度 autofocus,infrared telescope,evaluation function,m
浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。
成像系统 数码显微镜 自动对焦 对焦深度法 清晰度评价函数 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0400002