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
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
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 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
基于Mie散射原理, 提出了一种光度计与颗粒计数相结合的PM2.5颗粒质量浓度检测方法, 一定程度上减少了等效直径大于2.5μm的颗粒所产生的干扰。该方法利用655nm的激光器对悬浮颗粒物进行照射, 通过光电二极管接收Mie散射光强度, 并利用质心法统计分析出现概率最大的光强数据作为PM2.5颗粒所产生的真实散射光强度, 从而推断出PM2.5的质量浓度分布。最后, 将基于该方法与TSI公司生产的PM2.5检测仪在同一环境下进行对比, 发现测量误差显著降低, 在高浓度下测量误差仅±5μg/cm3。
Mie散射 光度计 颗粒计数法 质心法 Mie scattering photometer optical particle counter 655nm 655nm centroid
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
单圈绝对式编码器相比于增量式编码器及传统的绝对式编码器有独特的优势, 其关键技术在于译码系统的设计及译码算法的研究。为了提高单圈绝对式编码器集成度、响应速度及精度, 设计了译码系统, 该系统采用线阵CCD作为码盘图像光电转换装置, 并利用FPGA实现电路控制及译码算法。同时提出了新的译码算法, 该算法一方面将CCD输出信号二值化后的电平信号高电平计数, 判断组合得到粗码信息; 另一方面应用质心法进行细分定位, 通过计算条纹质心与虚拟中心的偏差得到细分角度值。最后, 通过两者结合得到角度信息。基于该系统研制的经纬仪样机精度达到2″。
绝对轴角编码器 单圈 译码 线阵CCD 质心法 absolute photoelectric encoder single-ring decoding linear CCD centroid algorithm 红外与激光工程
2017, 46(4): 0411007
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
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
为了解决星点在实际成像过程中能量分布的偏正态分布问题，提高星点中心的定位精度，提出了基于偏正态分布模型的点扩展函数（PSF）相关算法。该算法根据实际星图中星点的能量分布特征，建立与之相对应的 PSF，利用相关的原理，找到与星点能量分布相似度最高的 PSF，通过确定对应PSF的最大值位置实现对星点中心的定位。实验结果表明，在星图噪声为N(0,0.001)的仿真条件下，且星点中心在1 pixel 内随机分布时，偏正态 PSF 相关法的星点中心平均定位精度可达到0.04 pixel，远小于质心法0.4 pixel和高斯曲面拟合法的1.03 pixel。由实验结果可知，该算法定位精度高于质心法和高斯曲面拟合法，具有较好的抗噪声性和稳定性，提高了星点中心定位精度。
图像处理 偏正态分布 点扩展函数相关法 星点能量分布 质心法 高斯曲面拟合法 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 051002
含有噪声的光电成像器件定位过程中,Cramer-Rao Lower Bound(CRLB)被用来计算器件的定位精度,作为任何无偏估计的下限,CRLB可作为判据评估定位技术是否满足最小方差无偏(MVU)特性.本文给出了成像器件在泊松和高斯噪声下的CRLB 特性,并据此研究质心法(COG)、迭代加权质心法(IWCOG)、最小二乘高斯拟合法(GLSF)的定位误差.理论分析和仿真验证均表明,IWCOG 和GLSF定位误差与光电成像器件的CRLB相同,满足MVU 特性,而COG 定位误差最大；COG 耗时最少,GLSF最耗时不能在轨应用而IWCOG 用时仅比COG 高几倍.充分证明迭代加权质心法具有低误差、实时和鲁棒特性,因而适用于星敏感器、Shack-Hartmann传感器波前定位等高精度定位场合.
光电子学光器件 质心法 迭代加权质心法 最小二乘高斯拟合法 定位误差 最小方差无偏 星敏感器
