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一种基于虚拟立体靶标的线阵相机标定方法

光电子．激光 2013年第5期24卷 867-873页

作者：王子辰戴明汪永阳李刚李家德郎小龙中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100039 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对线阵相机标定的过程中特征点容易丢失的事实,提出了一种线阵相机标定方法。首先,利用设计的平面靶标与相机多次曝光巧妙地构建了虚拟立体标定靶标,通过分析与数学建模得到靶标上标定特征点空间位置与像点的对应关系;其次,使用最小... 详细信息

针对线阵相机标定的过程中特征点容易丢失的事实,提出了一种线阵相机标定方法。首先,利用设计的平面靶标与相机多次曝光巧妙地构建了虚拟立体标定靶标,通过分析与数学建模得到靶标上标定特征点空间位置与像点的对应关系;其次,使用最小均方估计方法对特征像点中心进行亚像素估计,并使用基于最小二乘迭代方法对多特征点超定方程进行求解,讨论了标定过程中相机与靶标非平行时对标定结果的影响;最后,使用提出的方法对线阵相机标定进行实验验证。理论分析与实验结果表明,本文的线阵相机标定方法简单灵活,标定特征点个数不拘泥于靶标的制作,相机与靶标的位置无需严格平行,平均标定精度达0.26pixel,具有较好的实用价值。

关键词：线阵相机标定虚拟立体靶标最小均方估计最小二乘迭代标定误差

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基于线阵相机的活塞杆表面质量检测系统研究

基于线阵相机的活塞杆表面质量检测系统研究

作者：王敏雪天津科技大学

学位级别：硕士

近年来,机械零部件的质量合格指标随着其设计指标的高性能化和现代加工技术的精确高速化逐渐严格。表面质量缺陷检测是判断机械零部件产品优劣与否的重要方法。机器视觉作为一种检测手段对零部件进行表面质量检测已经成为行业主流的检... 详细信息

近年来,机械零部件的质量合格指标随着其设计指标的高性能化和现代加工技术的精确高速化逐渐严格。表面质量缺陷检测是判断机械零部件产品优劣与否的重要方法。机器视觉作为一种检测手段对零部件进行表面质量检测已经成为行业主流的检测方法。活塞杆是确保气缸能够正常工作的重要组成零部件之一,其加工质量的优劣决定了气缸的寿命长短和可靠性高低,因此活塞杆表面质量检测必不可少。活塞杆表面质量检测的三大检测项目为:活塞杆表面缺陷的检测、活塞杆长度的检测和活塞杆螺纹有无的检测。本文的主要内容包括:基于对辊旋转式摩擦轮的活塞杆检测的硬件及控制系统设计:活塞杆是表面反光极强的高亮金属回转体,线阵相机的成像模型是一条线,通过本文设计的一种对辊式摩擦轮旋转机构带动活塞杆旋转,利用高低角度条形光源交替打光,配合线阵相机采集图像。高精度线阵相机标定方法的研究:系统要求的检测精度为0.1mm,为了保证检测精度,本文提出了一种基于旋转平台的线阵相机的标定方法,固定线阵相机以保证线阵相机位置不变,采用多个直角三角形排列式的自制标定板,在已知旋转角度的条件下,利用交比不变性求出物点,利用最小二乘法拟合出准确的物点坐标,通过将物点和像点统一在相机平面内来达到简化标定过程的目的。提高了线阵相机的标定精度并将系统的检测精度控制在0.1mm之内。基于多角度复合光照互补的缺陷检测算法开发:本系统设计了一种基于高低角度打光的视觉检测算法。高角度打光和低角度打光分别对应浮雕图和黑白图,可以排除伪缺陷的干扰。先用高斯滤波对图像除噪,利用Canny算子提取出图像的待检测区域,分别对浮雕图和黑白图进行处理,内容涉及傅里叶变换检测螺纹有无,阈值提取、频率域高斯低通滤波器检测缺陷。提高了检测结果的准确性。实验分析得到缺陷检测的正确性达到97%。活塞杆实际生产中的检测标准是活塞杆长度的测量误差小于0.1mm,缺陷面积测量精度在0.1mm2之内。螺纹有无和缺陷检测的准确率达到95%,本系统对活塞杆表面质量检测精度均满足生产要求。

关键词：对辊式摩擦轮多角度复合光照线阵相机标定缺陷检测

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线阵相机的圆环旋转标定方法

计算机与现代化 2022年第3期 76-81页

作者：田忠伍世虔武汉科技大学机械自动化学院湖北武汉430080 武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430080

由于传统线阵相机的标定过程复杂,且对标定物精度要求较高,难以保证缺陷的定位精度,本文提出一种线阵相机的圆环旋转标定方法以提高缺陷的定位精度。该方法设计一种新型的圆环形标定板,在静态标定基础上通过旋转线阵相机采集相机视线与... 详细信息

由于传统线阵相机的标定过程复杂,且对标定物精度要求较高,难以保证缺陷的定位精度,本文提出一种线阵相机的圆环旋转标定方法以提高缺陷的定位精度。该方法设计一种新型的圆环形标定板,在静态标定基础上通过旋转线阵相机采集相机视线与圆的交点的坐标,得到旋转角度以及多组标定点,建立线阵相机的成像模型和径向畸变模型,通过非线性优化整体误差函数求解相机的内参和畸变参数,同时分析相机不同旋转角度对标定精度的影响。实验结果表明,当θ≤20°时,该方法的标定精度在0.35 pixel以内,满足实际检测的定位要求,并且在PCB缺陷检测中得到较好的验证。

关键词：线阵相机标定圆环形标定非线性优化成像模型标定误差

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原盐异物检选方法研究

原盐异物检选方法研究

作者：赵英涛天津科技大学

学位级别：硕士

本文综合运用机械设计、机器视觉、气动技术、光学和电子控制等相关理论知识,以原盐为研究对象,探究基于机器视觉技术实现原盐中异物实时在线检测与剔除的方法。本文的主要研究内容和结论如下:针对原盐颗粒易于堆积、分布不均不利于图... 详细信息

本文综合运用机械设计、机器视觉、气动技术、光学和电子控制等相关理论知识,以原盐为研究对象,探究基于机器视觉技术实现原盐中异物实时在线检测与剔除的方法。本文的主要研究内容和结论如下:针对原盐颗粒易于堆积、分布不均不利于图像采集的问题,本文在硬件设计的上料模块中采用振动给料器和传送带配合使用的方式,可以极大改善原盐的分布状况,有利于视觉检测模块的图像采集;同时为保证采集到的原盐图像质量,在进行视觉检测模块的设计时,对视觉模块的每个硬件选型都进行了严格的参数计算和性能考量。为保证原盐异物检选系统的检测精度,本文研究提出了一种基于旋转平台的线阵相机标定方法,固定线阵相机位置不变,采用自制线阵相机标定板,利用线阵相机光平面和标定板平面形成的空间直线共点作为世界坐标系的原点,巧妙引入相机标定中不变的外参量,利用交比不变性求出物点,再将带有相机内参的函数非线性求解,可以将相机的内外参标出。此方法的标定精度可以达到0.1mm,满足检测标准的要求。本文利用HALCON图像处理算法库对线阵相机采集的原盐图像进行图像处理,确定选用中值滤波算法来去除原盐图像中的噪声,采用固定阈值分割算法对原盐图像进行二值化处理,然后通过形态学处理算法对图像进行开运算操作,再通过图像特征过滤得到最终结果;同时在软件设计中融入多线程技术,利用其实现原盐检选系统的实时同步检测与剔除;实验分析得到原盐异物检测的正确性达到99%。本文设计了一种原盐异物剔除机构,考虑到部分原盐异物质量较大的特点,选用气缸击打剔除的方式,在原盐下落过程中实现对异物盐粒的剔除。为了保证原盐检测系统的剔除率,对系统中各个模块的时间轴进行了详细分析,确定了上位机和下位机所需的关键参数,并利用其对剔除机构的关键参数进行优化,结果显示传送带和相机距离为700mm时,原盐下落状态稳定且分布均匀;相机和剔除装置之间的实际距离主要由系统各模块时间之和T总决定,经计算分析得出T总为37ms,进而可以确定相机和剔除装置之间的实际距离为143mm。在上述研究的基础上,对系统进行整体实验测试,通过实验验证了此检选方法的可行性,并对实验结果进行了分析。

关键词：原盐机器视觉线阵相机标定异物检测

基于点云特征的高铁重轨表面缺陷三维轮廓测量方法

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基于点云特征的高铁重轨表面缺陷三维轮廓测量方法

作者：罗宏亮东北大学

学位级别：硕士

我国高铁技术飞速发展,高铁已成为一种高效、舒适、安全的出行方式。因此,高铁重轨的安全生产成为保证出行安全的重要课题,重轨表面缺陷的检测是重轨安全生产的一项重要任务。现阶段,我国国内基于机器视觉的高铁重轨缺陷检测方法起步较... 详细信息

我国高铁技术飞速发展,高铁已成为一种高效、舒适、安全的出行方式。因此,高铁重轨的安全生产成为保证出行安全的重要课题,重轨表面缺陷的检测是重轨安全生产的一项重要任务。现阶段,我国国内基于机器视觉的高铁重轨缺陷检测方法起步较晚,大多数钢厂依然停留在人工目测检测的阶段,检测效率低下,漏检率高,受制于检测人员的主观因素,而且现场工人的安全存在较大隐患。现阶段的机器视觉检测方法主要应用二维图像信息进行检测,但在实际应用中,非常受限于图像采集质量,且受到检测区域范围影响,出现漏检或误检情况较为常见。本文的研究中,针对二维图像检测方法存在的问题,采用三维点云与线阵图像融合的方法对重轨表面缺陷进行检测,对三维缺陷进行提取,减少漏检,提高对伪缺陷与三维缺陷的辨别能力,降低误检率。论文的主要研究内容包括:（1）设计一种线阵相机的标定方法,并搭建由高精度线阵相机与移动平台组成的重轨三维缺陷检测平台,对重轨表面进行采集。（2）研究二维图像配准方法在重轨表面的应用,为三维点云配准提供初始配准,通过实验对比选择基于相位相关的初始配准方法,与传统的点云配准方法相比,具有更好的收敛性,降低了三维点云配准的复杂程度,可以得到较高的配准精度和计算效率。将该方法用于重轨点云配准,得到了良好的效果。（3）研究重轨表面点云的缺陷位置提取方法,本文利用点云法矢、曲率特征,基于区域生长算法,对重轨缺陷点云进行分割,并计算最小包围盒,测量三维缺陷的尺寸。在重轨缺陷检测实验中,与传统的二维图像检测方法进行对比,该方法具有更高的有效检出率和更低的误检、漏检率。本论文基于点云特征的重轨表面缺陷方法可以与二维图像检测方法相互配合,既能降低图像质量的影响,又能提高点云的计算效率,为整体系统搭建奠定了基础。

关键词：重轨表面缺陷检测线阵相机标定图像配准点云配准点云分割

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机器视觉检测系统关键技术研究

机器视觉检测系统关键技术研究

作者：李相旭天津科技大学

学位级别：硕士

随着工业自动化的发展,现代制造技术和加工工艺不断改进和提高,消费者对产品的质量和一致性的要求越来越高。检测作为产品质量控制的重要环节,在产品生产过程中占有重要地位。机器视觉检测技术因具备非接触、高精度等优势得到各个行业... 详细信息

随着工业自动化的发展,现代制造技术和加工工艺不断改进和提高,消费者对产品的质量和一致性的要求越来越高。检测作为产品质量控制的重要环节,在产品生产过程中占有重要地位。机器视觉检测技术因具备非接触、高精度等优势得到各个行业的关注和重视。针对影响检测精度的主要因素,本文对机器视觉检测系统关键技术方法展开研究,特别是对线阵相机标定、辐射标定、亚像素精度边缘检测以及模板匹配算法等进行深入研究和实验对比。首先,提出了一种线阵相机标定新方法。在推导线阵相机成像模型的基础上,通过最小二乘法求出线阵相机的投影矩阵,根据投影矩阵自身特征,实现内外参数的分解。对线阵相机的镜头畸变模型进行研究,并探讨了通过引入镜头畸变模型提高标定结果的方法。最后通过实验验证了该标定方法的可行性和有效性。其次,分别对基于图像序列的辐射标定方法和基于单幅图像的辐射标定方法进行研究,并在各自标定实验结果的基础上对两种标定方法进行定性的对比分析。通过设计基于2D标定靶测量的实验,对比了辐射标定前后物体尺寸的测量结果。实验表明,辐射标定对提高物体测量精度具有重大意义。再次,提出了一种基于改进Canny的亚像素边缘检测方法。在阐述图像边缘定义的基础上,重点研究了Canny边缘检测算子的基本原理与算法实现,提出了自适应阂值的改进Canny算子新方法。对基于幅值拟合的亚像素边缘提取方法进行研究,提出了根据边缘位置方差确定拟合邻域范围的自适应邻域方法。最后,从评价模板匹配算法的基本准则入手,分析了优越的模板匹配算法应具备的特点和性能。然后对典型模板匹配算法进行了系统的理论研究和原理阐述,重点对提高匹配精度和效率的方法做了进一步探讨。最后通过实验实现了算法的稳定性、可靠性以及匹配耗时等特性对比分析。

关键词：线阵相机标定辐射标定改进Canny算子亚像素精度模板匹配

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基于三维及彩色信息的钢轨表面缺陷检测

基于三维及彩色信息的钢轨表面缺陷检测

作者：侯彬东北大学

学位级别：硕士

近年来列车的速度不断提高,对钢轨的质量要求也在上升。钢轨是承担火车全部重量的关键设备,轻微的缺陷都有可能导致重大事故。为了最大限度减少铁路运输中的安全隐患,必须对钢轨进行检测,及时地发现钢轨缺陷。但目前钢轨表面缺陷检测仍... 详细信息

近年来列车的速度不断提高,对钢轨的质量要求也在上升。钢轨是承担火车全部重量的关键设备,轻微的缺陷都有可能导致重大事故。为了最大限度减少铁路运输中的安全隐患,必须对钢轨进行检测,及时地发现钢轨缺陷。但目前钢轨表面缺陷检测仍以人工检测法为主。为此本文利用钢轨三维深度信息和钢轨表面彩色图像提出一种基于显著性的钢轨表面缺陷检测方法。从以下几个方面对此进行研究:（1）针对线阵相机成像过程复杂、标定困难等问题,提出一种简单灵活的线阵相机标定方法,使用一种含有定向编码信息的标定板,标定板设计为两个相互平行且高度不同的平面组成三维立体标定板,使用带有编码信息的圆环和矩形条纹作为标定板上的图案,期望可以从各个方向获得不同的编码信息,利用编码信息确定线阵相机和标定板之间的相对位置,然后基于交比不变性求解线阵相机初始内外参数,最后使用初始参数利用非线性优化方法获得最终的校准结果。对该线阵相机标定方法进行仿真实验和实测实验,并和现有线阵相机标定方法进行对比。（2）本文将钢轨表面缺陷检测问题转化成钢轨表面显著性检测问题,提出一种融合全局对比度以及局部约束线性编码的显著性检测算法,首先利用简单线性迭代聚类（SLIC）方法对图像进行多尺度超像素分割,在每个尺度下将RGB特征、CIE-Lab特征、LBP特征、HOG特征以及深度信息用于显著性计算,保证检测的全面性,避免漏检情况;然后使用秩-1约束进行多尺度显著性图融合得到全局显著图,最后融合基于局部约束线性编码的局部显著图和全局显著图得到钢轨缺陷图,多次融合提高检测算法的准确性,减少误检情况。在实验室环境下对该显著性检测算法进行实验验证,并且提取各阶段显著图像进行对比,最后和现有显著性检测算法进行实验对比。（3）设计并实现钢轨表面缺陷检测系统,使用3DPIXA双目彩色线阵相机采集钢轨表面图像,Corona Ⅱ光源解决钢轨表面图像采集时的光照条件,根据现场环境的需要调整相机曝光、增益以及光源亮度等,利用编码器实现移动平台和线阵相机扫描速度的配合,得到统一稳定的高质量图像。最后使用得到的钢轨表面图像和对应的深度图采用本文提出的显著性检测算法进行缺陷检测。

关键词：钢轨表面缺陷检测线阵相机标定编码显著性检测局部约束线性编码

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基于激光三角测量的镰刀弯在线检测系统

冶金自动化 2019年第5期43卷 64-69+76页

作者：贺鹏卢治功温方金职连杰中电科信息产业有限公司激光检测室中国电子科技集团公司第二十七研究所新余钢铁股份有限公司中厚板厂

镰刀弯是板带生产过程中常见的板形缺陷,在线测量镰刀弯是实现板形控制的前提条件。本文建立一种基于激光三角测量法的镰刀弯在线检测系统,由激光发射器、线阵CCD、接收镜头组成激光测量箱,检测钢板边部的位置和倾斜量;同时由激光测速... 详细信息

镰刀弯是板带生产过程中常见的板形缺陷,在线测量镰刀弯是实现板形控制的前提条件。本文建立一种基于激光三角测量法的镰刀弯在线检测系统,由激光发射器、线阵CCD、接收镜头组成激光测量箱,检测钢板边部的位置和倾斜量;同时由激光测速仪检测钢板的长度位置,形成边部轮廓曲线。通过边部倾斜量对轮廓曲线进行纠正,消除钢板侧向移动引起的误差。系统计算得出镰刀弯参数,同时提供板带宽度、长度等数据。实际应用中,根据测量数据进行生产参数调整,有效提高了板形质量。

关键词：镰刀弯激光三角测量线阵相机标定板倾斜宽度测量