针对轨道扣件表面结构复杂导致的线结构光照射分布不均匀问题，研究了一种基于改进灰度重心法的光条中心线提取方法，精准重构了轨道扣件点云模型。基于点云模型提取了轨道扣件的结构特征信息，建立了轨道扣件缺陷检测组合分类器模型，实现了轨道扣件的弹条缺失、扣件歪斜、螺母缺失等缺陷检测。研究了基于表面法向量的螺母上平面解析方法，通过螺母松动测量实验实现了轨道扣件的松动检测。搭建了扣件故障诊断实验平台并开展了相关实验研究，实验结果表明，系统扣件故障检出率达到96%，扣件松紧度测量的总体误差低于0.2 mm，扣件故障诊断系统的检测效果和鲁棒性较好，对列车安全运行具有重要的现实意义。

在盾构实际施工过程中，为解决在对管片状态采用非接触式测量检测时，管片端面干扰较多，传统光条中心点坐标提取算法易受干扰、波动性大的问题，提出一种光条中心点坐标提取优化算法。该算法首先采用自适应阈值二值化、形态学处理等操作对图像进行预处理，消除部分干扰；其次采用加权灰度重心法提取得到初始光条中心点坐标，将此坐标作为优化对象，采用距离阈值和三次样条插值法对坐标进行初步优化和二次优化，得到最终优化的线结构光中心坐标点。试验结果表明，该算法不仅提高了中心点坐标提取精度，而且满足工业需求，实时性较高，为后续检测管片椭圆度、捕捉管片相对盾构姿态奠定了良好的基础。

机器视觉检测是当下热门的检测方法。针对客车踏板流水线生产工件数量大、检测精度低的问题,采用线结构光标定方法,实现了工件孔位尺寸信息与位置信息的批量检测。针对激光线不稳定以及无法准确识别中心线的问题,首先提出一种基于Hessian矩阵的激光中心线提取方法,其次进行激光平面拟合标定以及客车踏板的点云重建,最后对点云图进行投影,在二维图像上进行圆拟合测量计算。实验表明,该检测方法能在500 mm测量精度范围内使孔位的直径检测精度达到0.25 mm,能满足工业现场对孔位尺寸精度与位置精度的测量要求。

针对线结构光测量系统中如何准确快速地提取光条中心这一关键问题, 本文提出了一种基于自适应模板的新方法。根据线结构光图像梯度分布特性, 通过高斯卷积获得光条各点的Hessian矩阵。根据图像点的法线方向构造中心提取的卷积模板, 并能够根据光条形态变化, 自适应地改变模板权重分布。通过切线方向采样构建修正模板, 有效修正噪声等因素造成的误差。算法仅对感兴趣区域提取, 大幅减少运算量。实验表明, 该方法具有精度高、对结构形态具有较高的敏感性、实时性较好等特点, 实现了工业应用中线结构光光条中心的高精度快速提取。

设计了基于投影光刀的关节面三维轮廓旋转检测系统。采用摄像机针孔模型, 实现了检测系统的快速标定; 通过优化的重心算法, 提取出投影光刀的中心线, 获取了关节面的截面轮廓线; 通过分析投影光刀平面与转轴之间的夹角, 完成了截面轮廓线的倾斜校正, 实现了关节面三维轮廓数据的准确重建。结果表明, 该检测系统具有非接触、高精度等特点, 可有效解决股骨假体关节面的复杂轮廓检测问题。

由于接近光学衍射极限, 微米尺度线条纹在经过高倍显微镜放大成像后边缘通常都很模糊, 加上同轴光源产生的光照不均匀现象, 成像质量通常很差。为了有效测量微米尺度线条纹间距, 本文提出了一种针对光学显微线条纹图像的中心线提取算法。首先, 采用Retinex方法对原图像进行增强, 以克服由光照不均匀所造成的无法准确分割的问题。接着, 使用Ostu最佳阈值对图像进行二值分割。然后, 针对分割后条纹边缘含有大量毛刺和凹陷的现象, 使用基于快速步进算法的边缘塌陷法对中心线进行准确提取。最后, 对提取中心线进行了最小二乘拟合。实验结果表明: 本文提出的方法可以有效实现微米尺度线条纹光学显微图像中心线的准确提取。使用本方法对标准宽度线条纹间距进行实测的最大测量偏差小于2%。

在对动态目标闭环跟踪过程中, 目标中心线的提取对目标的定位以及实时姿态判定有着重要影响, 是实现高精度定位以及姿态判定的重要依据。根据Hessian矩阵在微分几何中的意义以及动态目标的成像特点, 提出一种基于Hessian矩阵本征分解的目标中心线提取算法。算法在分割出目标的基础上, 进行欧氏距离变换并建立关于目标的灰度Hessian矩阵, 对Hessian矩阵进行本征分解, 获取目标中心的初始点集, 对这一点集采用随机采样一致算法进行野值剔除, 最终拟合出目标的中心线。为了验证算法的有效性, 设置了评价机制, 并和前人提出的若干算法进行了对比, 仿真实验表明该算法具有较高的稳定性和准确性。

提出了一种亚像素光带中心线实时提取方法。首先，通过跟踪光带轮廓线并进行多边形表示将光带分段；然后，利用轮廓线的逆时针排序特性以及分段光带方向和横截面方向的正交关系，采用序号表示方法计算光带横截面扫描线方向；最后，在扫描线上设计了自适应光带横截面宽度变化的灰度重心法计算亚像素坐标。针对6传感器线激光人脚扫描仪采集的分辨率为640 pixel×480 pixel的典型位置光带位图进行了实验，结果显示，采用本方法提取光带中心线用时不超过3.1 ms，精度达到亚像素级，能够满足多传感器线激光扫描视觉系统对光带中心线提取的实时性和高精度的要求。