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一、列举至少三种零件表面三维数据获取的方法。针对其中一种,详细介绍其测量原理或方法。
接触式测量方法:坐标测量机、层析法。
非接触式测量方法:基于光学三角形原理的扫描法、基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法、基于工业CT断层扫描图像、立体视觉测量方法。
基于光学三角形原理的扫描法是以光作为光源,其结构模式可以分为光点、单线条、多光条等,将其投射到被测物体表面,并采用光电敏感元件在另一位置接受激光的反射能量,根据光点或光条在物体上成象的偏移,通过被测物体基平面、象点、象距等之间的关系计算物体的深度信息。
介绍一种使用激光的三角形测量法。硬件由线激光发生器、CCD摄像头、图像采集卡、相应的连接线与电源以及微型计算机组成。如果采用两个参数完全相同的CCD摄像头对称放置,可以减少测量盲区,提高测量精度。三角形测量法利用基准面、像点、物距、像距等之间的关系计算物体的Z坐标值。
图中,i—入射光L—透镜N—成像屏,u—透镜L的物距v—透镜L的像距
O—L光轴与入射光线i的交点A—物面上的光点A’,O’分别是A、O的像点h—物面上光点相对于基准面的M高度α—入射光线与光轴的夹角
M’—目标平面
M—参考平面
根据透镜成像原理,以入射光与透镜光轴交点所在平面M为基准面,则光点A相对于基准面M的高度h的计算公式为:
h? u?h’
vsin??h’cos?
二、列举至少三种边缘提取算法,详述一种亚像素边缘提取算法的原理。
Roberts边缘检测算子。采用对角线方向相邻两像素之差近似梯度幅值检测边缘。检测水平和垂直边缘的效果好于斜向边缘,定位精度高,对噪声敏感。
Sobel边缘算子。是一组方向算子,从不同的方向检测边缘。不是简单求平均值再差分,而是加强了中心像素上下左右四个方向像素的权重。对噪声具有平滑作用,提供较为精确的边缘方向信息,边缘定位精度不够高,通常对灰度渐变和噪声较多的图像处理得较好。
Prewitt边缘算子。利用像素点上下、左右邻点灰度差,在边缘处达到极值检测边缘。不仅能检测边缘,而且对噪声具有平滑作用。
高斯—拉普拉斯算子(Laplas)。是一个二阶导数算子,利用边缘点处二阶导函数出
现零交叉原理检测边缘。该算子是一个与方向无关的各向同性边缘检测算子。但其方向信息丢失,常产生双像素,对噪声有双倍加强作用,因此它很少直接用于边缘检测,它将高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器结合起来,先平滑掉了噪声,再进行边缘检测,所以效果不错。
Canny算子。是一类最优边缘检测算子,也使用拉普拉斯算子,但它使用两种不同的阈值分别检测强边缘和弱边缘,并且仅当弱边缘与强边缘相连时才将弱边缘包含在输出图像中,因此这种方法较其它方法而言不容易被噪声“填充”,更容易检查出真正的弱边缘。
灰度重心法可以认为是一种以灰度为权值的加权形心法。由灰度重心法定位算法的原
?iW(i,j)
理,灰度图像I(i,j)中目标 S 的灰度重心(x
,y)为:x
?(i,?j)?S ,
?jW(i,j)
0 0 0
W(i,j)
(i,j)?S
?y ?(i,j)?S
?
0 W(i,j)
(i,j)?S
。其中W(i,j)为权值,取W(i,j)?I(i,j)。
灰度重心法适合处理背景灰度值较小、而目标灰度值较高的情况,例如天文图像中的恒星,其目标的灰度分布多为抛物面或高斯曲面,此时该方法通常可以获得较高的定位精度。但是实际图像中目标特征情况很复杂,例如亮背景和暗目标、目标和背景的灰度值都比较大等情况,此时用灰度作为权值便不适用了。
改进的权值选取方法一一阈值灰度重心法。对于目标灰度值大于背景灰度值的情况,权
?I(i,j)?T I(i,j)?T
值W(i,j)按式设为W(i,j)??
?
0 I(i,j)?T
,而对于目标灰度值小于背景灰度值
?T-I(i,j) I(i,j)?T
的情况,权值W(i,j)按式设为W(i,j)??
,其中T为区分目标和背
景的阈值。
? 0 I(i,j)?T
三、双目视觉测量空间点距离的实验。图示采用游标卡尺上的特征点(黑色圆点)作为待测点,通过游标卡尺上的读数和计算的坐标进行比较,以判断测量结果的准确性实验。试阐述其测量的基本原理。
图1.双摄像头模型俯视图 图2,双摄像头模型立体视图
T?(xl?xr) T
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