1 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
2 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室，北京 100094
针对激光同步定位与制图（SLAM）算法在扫描轨迹过长时，获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题，提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云，先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。首先基于分段点云相似性和形心距离，构建初始位姿图进行优化，以减小轨迹漂移误差，获得漂移误差较小的SLAM点云。然后基于分段点云重叠度构建迭代位姿图，依次进行点云迭代粗优化和精优化，获得更高精度的SLAM点云。使用一组手持和三组车载激光SLAM数据进行实验。优化后，4组实验数据的各自重复扫描点云很好地重叠在一起，匹配关键点之间的距离的均方根误差（RMSE）分别由优化前的2.667 m、10.348 m、19.018 m和3.412 m降为0.158 m、0.211 m、0.218 m和0.157 m。实验结果表明，所提算法可以有效解决激光SLAM点云长轨迹扫描的漂移误差问题，提升点云数据精度。
点云整体配准 同步定位与制图 图优化 K-means算法 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1015003
1 西安理工大学印刷包装与数字媒体学院，陕西 西安 710054
2 渭南日报社印刷厂，陕西 渭南 714099
针对印刷生产中传统人工缺陷检测耗时耗力、小缺陷区域不易检测，以及传统图像处理方法鲁棒性差等问题，提出一种基于改进YOLOv5l模型的印刷品缺陷检测算法。首先，通过增加浅层特征图拓展检测尺度，以捕获微小缺陷信息，从而提高网络对小目标的检测能力；然后，使用全维度动态卷积替换Neck区中的普通卷积，以增强网络对印刷缺陷上下文信息的捕获能力；最后，为解决前两项工作带来的检测速度下降的问题，采用C3Ghost替换Neck中的C3模块，在检测精度损耗极低的情况下尽可能地提高检测速度。实验结果表明：改进后的YOLOv5l算法的平均精度均值（mAP）达到97.3%，较原YOLOv5l算法和现有的印刷品缺陷检测算法Siamese-YOLOv4的精度分别提高2.9百分点和2.7百分点；检测速度为44.1 frame/s。所提算法对印刷品缺陷的分类和定位效果优于原YOLOv5l和Siamese-YOLOv4算法，具有较高的检测精度和检测速度，可以应用于印刷质检来提高生产质量管控水平、降低人工成本。
机器视觉 缺陷检测 YOLOv5算法 多尺度融合 动态卷积 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1012002
1 安徽农业大学工学院，安徽 合肥 230036
2 安徽省智能农机装备工程实验室，安徽 合肥 230036
3 中国科学院合肥技术创新工程院，安徽 合肥 230094
相移法广泛应用于条纹投影轮廓术，可以实现静态物体的高精度三维测量。然而物体运动会改变相邻条纹间的相移量，进而引入周期性的运动误差。针对上述问题，提出一种基于彩色条纹投影的运动物体三维测量方法。该方法将余弦条纹和正弦条纹分别编码至彩色图像的红色通道和蓝色通道，然后利用相移算法从两个颜色通道中提取两个具有反向运动误差的相位图，最后通过计算平均相位图补偿周期性运动误差，并进一步分析了颜色串扰对该方法的影响。仿真和真实试验结果均表明，所提方法能够有效地抑制运动误差，实现准确的运动物体三维测量，而且受颜色串扰影响较小。
三维测量 彩色条纹投影 相移法 运动误差 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011013
格雷编码法以其鲁棒性和抗噪性被广泛应用于结构光投影的三维重建中。为了将格雷码应用到实时测量当中，使用多灰度格雷码以减少投影幅数，提高测量效率。然而在以彩色物体为对象进行三维测量的过程中，由于不同颜色部分的反射率存在差异，导致三维重建中的条纹顺序混乱，而多阶灰度也使色度导致的误差大大增加。为了适应彩色物体的三维实时测量，提高抗色彩干扰的特性，提出了一种基于 HSI 彩色空间的多级灰度码解调方法。采用 HSI 空间中的强度 I 代替 RGB 空间中的灰度进行多级灰度编码解码和条纹阶提取，同时也可以重构出物体表面的颜色纹理，而无需单独投影捕获额外的白光图。实验结果表明，该方法可以有效地纠正彩色物体由于色度引起的级次纠缠，减少级次误差。在彩色纹理物体的实时三维测量中具有广阔的应用前景。
彩色三维测量 正弦条纹投影技术 时间相位展开 多阶灰度格雷码 HSI 空间 级次纠缠 color 3D measurement fringe projection technique temporal phase unwrapping multi-level Gray code HSI space algorithm order entanglement
Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
1 武汉科技大学 信息科学与工程学院，湖北 武汉 430080
2 武汉科技大学 冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，湖北 武汉 430080
针对传统SIFT匹配算法复杂、特征冗余点多、难以满足实时性等问题，本文提出了一种具有局部自适应阈值的SIFT快速图像匹配算法。首先，所提方法在SIFT算法的基础上，对构建的高斯金字塔进行了优化，通过减少金字塔层数来消除冗余特征点以提高检测效率，并根据图像局部对比度来自适应提取FAST算法中的阈值从而实现高质量的特征点检测，筛选出鲁棒性较强的特征点进行更准确的匹配；其次，采用高斯圆形窗口建立32维降维特征向量，提高算法运行效率；最后，根据匹配特征点对之间的几何一致性对特征点进行提纯，有效减少误匹配。实验结果表明，本文方法在匹配精度和运算效率方面的综合表现均优于SIFT算法及其他对比匹配算法，相比传统的SIFT算法，匹配精度提高了约10%，算法运行时间缩短了约49%。在图像发生尺度、旋转以及光照变化的情况下，正确匹配率在93%以上。
SIFT算法 高斯金字塔 自适应阈值 特征描述符 图像匹配 SIFT algorithm Gaussian pyramid adaptive thresholds feature descriptor image matching 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043002
