1 华侨大学厦门市数字化视觉测量重点实验室，福建 厦门 361021
2 华侨大学福建省特种能场制造重点实验室，福建 厦门 361021
针对多线结构光测量中测量效率与测量精度相矛盾的问题，提出了一种融合区域数字图像相关匹配的快速三维测量方法。采用双边滤波和大津阈值法对图像进行预处理，利用重心法提取初始条纹中心点。用双三次插值法提升初始点的局部邻域分辨率，在局部邻域内再次利用灰度重心法提高中心点的提取精度。以左图像提取的中心线为基准，利用数字图像相关法在右图像中心线附近搜索基准对应的立体匹配点，大大缩小了数字图像相关法的搜索范围，提高了测量效率和立体匹配精度。对标准块规的测量实验结果表明，该方法的中心线提取速度为Steger法的3.29倍，均方根误差相比传统极线约束立体匹配法减小了68.57%。
测量与计量 多线结构光 灰度重心法 数字图像相关法 立体匹配 三维测量 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112003
1 中车南京浦镇车辆有限公司, 江苏 南京 210031
2 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉430072
为了抵抗满载时的负载, 轨道车辆制造时车体底座会保留一定向上的挠曲变形, 这就要求在进行铝蜂窝板和地板胶铺设前对车体底座表面面型进行测量。提出了一种基于点状目标图像测量原理的车体底座面型测量方法, 该方法用CMOS相机对车体底座上的4个LED目标进行图像测量, 这4个LED形成关联多目标点。先对CMOS相机采集到的LED目标图像用均值滤波、动态阈值二值化处理和轮廓提取的方法进行预处理, 再通过灰度质心法, 提取出多个光斑的位置。通过判断各光斑的位置和大小, 排除可能存在的伪目标点或遮拦, 根据提取到的光斑数量的不同, 采用不同的参考点进行比较。在任意一个LED目标被遮挡时, 算法仍能有效地解出被测LED目标中心位置。实验结果表明, LED靶标中心提取的最大偏差小于0.06 mm, 完全能满足车体底座面型测量的需求。
车辆底座面型测量 LED目标 关联多目标点 光斑位置 灰度质心法 伪目标 surface measurement of vehicle base LED targets associated multiple target points spot position gray-scale centroid method false target
1 山东科技大学测绘与空间信息学院, 山东 青岛 266590
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
高分七号卫星激光测高仪搭载激光监视相机和激光足印相机,获取的激光光斑和光学足印影像可辅助激光定位。提出一种考虑外界环境对足印光斑成像质量影响的足印光斑质心提取方法。将足印光斑和监视光斑进行最小二乘影像匹配,获取转换模型;由灰度重心法提取监视光斑质心;利用监视光斑质心、通过转换模型得到足印光斑质心。对100组仿真光斑和1轨高分七号卫星足印光斑数据进行测试。结果表明:本文方法提取的光斑质心偏移量标准差小于0.08 pixel,较灰度重心法和高斯拟合法提高0.1 pixel以上。对时间跨度为7个月的30轨高分七号卫星足印光斑进行测试,得到两束足印光斑质心在地面的抖动范围均小于1.2 m,且其具有较好的中长期稳定性的结论。实验结果表明高分七号卫星激光测高仪激光器与光学足印影像之间的几何关系稳定,可以使用光学足印影像辅助激光器进行在轨指向标定和几何定位处理。
遥感 光斑质心 高分七号卫星激光足印相机 灰度重心法 最小二乘影像匹配 光学学报
2021, 41(24): 2428001
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
关节型激光传感器是一种新型的基于非正交轴系架构的非接触式三维坐标测量仪器,测量时需保证系统左右单元激光束精密交会。因此,实现高精度激光光斑中心定位是保证其测量精度的前提和基础。光斑中心定位误差分为随机误差和系统误差两部分。对于随机误差,采用边缘阈值法进行消除;对于系统误差,提出一种基于非线性最小二乘拟合的补偿方法。基于直线度误差评定方法,对激光光斑中心定位和补偿方法的效果进行对比分析。实验结果表明,所提方法能将质心法的定位精度提高至0.12 pixel,明显优于现有其他方法,满足关节型激光传感器的高精度测量要求。
激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1412002
1 新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047
2 佰博机电科技有限公司, 新疆 乌鲁木齐 830011
为了提高近景摄影测量中编码标志点的编码容量和解码准确率,提出一种由定位十字标、起始数字、编码字符组成的合作编码定位对应圆型标志方法。通过高斯滤波对采集的图像进行平滑的预处理,可以消除噪声;利用自适应局部阈值法对目标进行分割,可以获取字符区域与十字标区域;使用TensorFlow-MLP(Multilayer Perceptron)神经网络训练好的字符样本库对字符进行分类与识别;对十字标区域进行填充修复,经过灰度平方加权质心法可以实现亚像素定位。该类型合作编码标志在实际应用中具有唯一辨识性,定位精度高且解码准确高效。
图像处理 摄影测量 合作编码标志 多层感知机神经网络 灰度加权质心法 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210015
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
为了解决线结构光3维测量中噪声光斑对提取精度的影响，采用了密度聚类灰度重心提取算法提取激光光条中心线。该方法由中心线预提取以及中心线最终提取两阶段组成，预提取阶段实现对激光与光斑两者中心线的同时提取，最终提取阶段采用基于连通性的密度聚类算法完整保留激光中心线并剔除噪声光斑。在仿真实验阶段，对大小为600pixel×600pixel、含有激光中心线的图像进行了加噪处理，并使用提取结果与真实中心线之间各点的均方根误差以及运行时间作为考察标准进行了实验研究。结果表明，该方法与传统灰度重心法相比，在高亮度各向异性光斑、高亮度小面积光斑、高亮度点噪声图像的均方根误差分别降低了12.59pixel，15.12pixel和83.36pixel，时间复杂度分别提高了0.383s,0.412s和0.416s。该方法与传统灰度重心法相比具有更高的提取精度、近似的时间复杂度，且对噪声光斑具有较好鲁棒性，可以在噪声光斑图像中完整提取出光条中心线。
图像处理 中心提取 灰度重心法 密度聚类 结构光 image processing center extraction gray centroid method density clustering structured light
华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
针对光栅型波前曲率传感器,提出一种基于最大类间方差法和质心法相结合的光斑自动定位提取算法,并进行了实验验证。使用最大类间方差法对原始光强分布图像进行二值化;根据质心坐标对二值化图像进行分割,得到两幅含有单个光斑的二值化图像;分别计算两幅图像的质心坐标,作为原始光强图像中的两个光斑中心,并在原始图像中进行光斑提取。搭建了基于离轴菲涅耳波带片的光栅型波前曲率传感器实验装置,采用上述方法自动提取光斑,采用拉普拉斯算子本征模式法进行波前复原,并与哈特曼波前传感器的测量结果进行了比较。研究结果表明该算法能够自动提取光栅型波前曲率传感器的光斑,定位误差小于4 pixel。
自适应光学 波前曲率传感器 光斑提取 最大类间方差法 质心法 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 220101
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 苏州福田激光精密仪器有限公司, 江苏 苏州 215021
针对投线仪传统检测方法存在占地面积大、检测效率低下、检测精度低等缺点,设计了一套基于平行光管测角及机器视觉测量的激光投线仪自动检测系统。系统由9根平行光管及面阵CMOS相机组成,能同时检测3根垂线及1根水平线。实验结果表明,相比于传统人工检测,本系统检测精度优于5″;操作简单,检测效率高,单台仪器检测时间小于20 s;同时采用了平行光管-CMOS相机图像测量系统,使得系统占地面积小于4m2。为了便于定位激光线中心,对采集到的图像进行了预处理,提取激光线中心采用灰度重心法的亚像素定位技术。
激光投线仪 误差检测 检测系统 面阵CMOS 灰度重心法 cross line laser error test testing system array CMOS gray centroid method
1 北方工业大学 电子信息工程学院，北京 100144
2 北京控制工程研究所 空间智能控制技术国家重点实验室，北京 100190
本文针对星点成像中的过饱和现象，分析了星像点的点扩散函数(PSF)特性，建立了过饱和星像点能量分布模型，提出了一种过饱和星像点PSF 相关算法。该算法首先确定与星像点目标区域相似度最好的PSF 序列，通过找到该序列的最大值进行定位。仿真实验表明：在星像点有噪声的条件下，PSF 相关法的定位误差低至0.05 pixel；在非对称PSF 条件下，定位误差依然小于0.1 pixel，均比传统的质心法、曲面拟合等方法的定位精度高。
制导与控制 能量分布 过饱和 PSF 相关算法 质心法 guidance and control energy distribution over saturation PSF correlation algorithm centroid method
