光子学报
2023, 52(12): 1201003
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
1 西南石油大学机电工程学院,四川 成都 610500
2 西南油气田分公司蜀南气矿井工程管理科,四川 成都 610506
针对显微镜观测动态平面目标时的自动对焦需求,提出一种基于图像清晰度评价的显微镜静/动态自动对焦方法。首先,根据对聚焦-失焦图像特征的分析,建立加权Tenengrad评价函数评估方法和图像分块对焦窗口模式。其次,针对搜索过程中的局部极大值问题,利用模拟退火理论建立对焦搜索模型。最后,为了对动态图像进行评价,利用图像模糊法来判断动态无参考图像失焦水平。在此基础上,形成了静态调焦模型,动态失焦检测与实时对焦模型。通过搭建显微镜自动对焦实验平台,结果表明:该静态调焦模型能够使显微镜快速准确地静态自动调焦,动态失焦检测和实时对焦模型能够使显微镜满足在动态观测下离焦检测和实时调焦的要求。
加权Tenengrad评价函数 图像分块窗口选择 模拟退火算法 图像模糊无参评价 显微镜动态对焦 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0411003
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