1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
为提高放疗的治疗精度，需要实时监测放疗中患者病灶区域的位移。针对放疗过程中患者体表被热塑膜遮挡的特点，通过标志物的材质、形状等设计，最大限度地减少热塑膜遮挡对标志物定位精度的影响。首先根据标志物的颜色特征分割出热塑膜遮挡下的标志物并用凸包算法计算标志物的外轮廓；其次采用改进的最小二乘椭圆拟合算法拟合标志物外轮廓上的点并定位标志物；最后，基于标志物的位置特征匹配标志物并计算患者的位移值。通过搭建模拟实验平台多次实验，验证了该方法测量患者位移的精度是0.2 mm，帧频可以达到30 Hz，可以满足放疗中位移监测的实时性和精度要求。
医用光学与生物技术 图像处理 位移监测 体外标志物 最小二乘椭圆拟合 精确放疗 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0217004
已有的椭圆拟合算法利用李萨如图形解决了非理想3×3耦合器带来的解调结果误差问题,但是当信号变弱时,所对应的李萨如图形将偏离椭圆,造成解调困难。针对相位变化量极小的弱信号,基于同一系统中李萨如图形唯一的特点,提出利用参考信号确定椭圆参数并精准实现弱信号解调的改进椭圆拟合算法。实验结果显示,相较于常规椭圆拟合算法,改进的算法可以准确地解调弱振动信号,使探测分辨率提高400倍,且解调的相位与应变存在良好的线性关系。研究结果表明改进的算法可以很好地解决常规椭圆拟合算法无法解调弱信号的问题,提高了系统的测量分辨率。
测量 相位解调 非理想3×3耦合器; 椭圆拟合算法 弱信号探测 振动传感 光学学报
2021, 41(24): 2412001
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 重庆研究院，重庆 401135
随着道路上汽车的增多，汽车制动系统的可靠性受到越来越多的关注，基于机器视觉的汽车制动主缸补偿孔参数检测精度，是决定汽车安全性和停车可靠性的关键技术，补偿孔作为汽车制动主缸的重要组成部分，可以起到调节汽车制动主缸储液罐与压力室中制动液的重要作用，其尺寸精度和加工质量受到严格的控制，因此如何准确的获取补偿孔的图像是补偿孔参数检测的首要问题。通过将飞机钻铆孔法线找正的方法引入到图像获取中，将四点微平面法线检测方法与图像处理相结合，实现高效高精度的法线找正。实验表明，本文算法法线找正精度高于0.05°，优于传统检测精度的0.5°，检测时间小于1 s。本文提出的算法在满足精度要求的情况下，算法简单，实时性高，同时具有较好的鲁棒性，满足制动主缸生产工业现场对于检测速度和精度的要求。
激光测距 法线检测 梯度霍夫变换 椭圆拟合 laser ranging normal detection gradient hough transform ellipse fitting
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
针对同轴内啮合的大尺寸齿形结构手动装配模式中测量困难且精度不易保证的问题,提出一种面向齿形结构装配的视觉测量方法。该方法通过构建单目视觉测量系统,利用其图像特征解算空间位姿实现高精度测量。首先基于自适应核与自适应阈值的最小核值相似区算法提取齿顶角点,并采用大津阈值改进的Canny算法检测辅助圆离散弧段;然后结合随机采样一致思想,运用基于几何距离及Levenberg-Marquardt优化的椭圆拟合算法获取椭圆参数,并给出了齿形结构测量模型及其位姿解算原理。最后进行实验验证,结果表明该方法的测量精度可达0.050 mm,满足齿形结构装配的高精度测量要求。
图像处理 齿形结构 机器视觉 角点检测 椭圆拟合 位姿解算 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1610003
红外与激光工程
2020, 49(5): 20190458
1 内蒙古工业大学 电力学院, 呼和浩特 010080
2 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
塑料光纤(POF)在高能物理宇宙线探测中应用广泛, 光纤的端面质量在很大程度上决定了探测器的性能, 从而影响宇宙线能谱和成分测量的精度。以高海拔宇宙线项目中电磁粒子探测器采用的BCF-92 POF作为研究对象, 通过Matlab图像处理的方式对光纤端面图像进行了预处理, 应用迭代最小二乘椭圆拟合法确定了纤芯和包层的端面几何参数并计算了端面不圆度。实验结果表明: 95.4%的样本光纤为合格光纤, 端面不圆度平均在0.75%左右, 该方法能满足高海拔宇宙线项目的探测需求。
BCF-92塑料光纤 图像处理 迭代最小二乘法 椭圆拟合 包层不圆度 BCF-92 plastic optical fiber image processing iterative least squares method ellipse fitting cladding out-of-roundness
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 101407
针对双折射太阳敏感器多光斑和重叠光斑问题,提出一种基于椭圆拟合的高精度光斑中心提取方法。对多光斑图像进行预处理,分割出不同的目标区域;通过检测目标区域的光斑形状特征后,迅速分辨并分割重叠光斑;利用椭圆拟合法分别提取各光斑的中心坐标。仿真结果表明该方法能快速分辨重叠光斑,计算出光斑数量和半径,实现圆形和椭圆形光斑的亚像素级中心坐标提取。这种方法对光斑大小、数量没有限制,对不完整光斑也能得到较好的结果。
图像处理 中心提取 多光斑 重叠光斑 椭圆拟合 双折射太阳敏感器 光学学报
2020, 40(14): 1410001
1 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
2 四川大学空天科学与工程学院, 四川 成都 610065
3 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
在基于圆点阵二维平面靶标的相机标定方法中,直接在拍摄的标靶图像中提取的椭圆中心并非真实的圆心投影像点,该圆心成像投影偏差必然会降低相机参数标定精度。基于此,提出将标靶图像逆向投影至空间虚拟矩阵以获得真实圆心像点的迭代标定算法。首先,使用椭圆中心提取方法进行平面相机标定;其次,由标定参数和拍摄图像进行逆向投影获得虚拟物理标靶图像,在近似圆虚拟图像上完成圆心坐标提取;再次,将虚拟圆心坐标转化为物理坐标值并投影到图像上,将其作为圆心真实像点坐标值来进行相机标定;最后,经多次迭代投影和标定完成高精度相机标定。模拟和实验结果表明,所提方法将相机标定精度提高约一倍,可为三维重建和视觉测量提供高精度的相机参数。
测量 相机标定 圆心定位 椭圆拟合 投影成像
为快速有效评价临床使用内窥镜图像相对畸变的程度, 提出一种基于椭圆拟合的检测方法。对内窥镜采集到的标准板图像进行二值化处理和图像分割; 运用anny算子对图像进行边缘检测并提取坐标值, 通过最小二乘法拟合椭圆, 求得椭圆参数; 计算相对畸变率。对3支内窥镜进行了椭圆拟合和定位质心相对畸变率检测, 结果显示相对畸变率在30%左右, 一致性差在2%左右, 椭圆拟合相较而言稳定性更好。
医用电子内窥镜 相对畸变率 椭圆拟合 图像预处理 medical electronic endoscope relative distortion rate ellipse fitting image pre-processing
