数学执车与率用
基于双目视觉的靶丸定位系统设计
陈华客肖德成
(西南科技大学计算机学院四川绵阳621010)
设计开发
摘要:诊断设备能否精确地瞻准实验靶球以实现白动化控制是惯性约求核聚变(ICF)系统中的公共诊断平台急需解决的问题之一。根据ICF工程检测要求,构建了一套三维精确定位视觉系统,该双日视党系统采用立体视觉原理来恢复空间点的三维尘标。
实验结累表明，双日视觉测量系统中，系统误差在X和Y轴上为20微未以下,Z为5微未在右，实测的距离最大误差小于100微来(均方根值小于18微来)，达到了微小日标高精度瞄准的工程要求
关键词：双日视觉三维精确定位亚像素技术
中图分类号：TP391.4 1引言
文献标识码:A
文章编号:1007-9416(2013)11-0167-01
采集10张，经角点亚像素提取后，对同一角点求出10组数据在x，Y坐
为了发现激光一惯性约束聚变中每个物理过程的规律，必须展开综合及分解实验，面完成这些实验的前提是要有好的诊断设备及巧妙的诊断技术，神光Ⅱ原型(或主机)靶场中的多种诊断设备，在打靶实验中均有相应的瞄准试验靶准直的要求，由于该过程要在封闭的高真空环境下进行，且实验靶直径在0.1~2mm左右。为便于工程化、自动化和降低运行成本，开发将目前的诊断设备搭载在公共诊断
平台上的瞄准技术，达到相关工程技术指标就显得非常重要。 2系统总体设计
在本系统中，首先通过对光学系统(双CCD/单CCD)采集标准物体(标定板或块)图像，对视觉系统进行标定。然后利用视觉系统对通过激光照亮的目标靶丸采集图像，并进行图像预处理，包括滤波、目标分割、亚像素边缘检测再拟合求取目标物体图像的圆心(或者采用重心法提取目标回的质心），然后通过已经标定好的视觉系统恢复出心的精确空间坐标。最后把参数数据传给下层控制平台，控制其进行姿态调整，重复以上检测操作直到诊断系统达到其预定的位置。
采用基于双目视觉的瞄准方法，主要将实验流程分为三步，第一步就是完成左右摄像机的高精度标定，第二步主要完成目标点的三维坐标计算，第三步主要完成与公共诊断平台的交互，以最终完成探测设备瞄准目标。
本系统主要涉及到的技术有图像滤波、亚像素角点提取、镜头
畸变校正、摄像机标定等技术。 3实验结果及分析
3.1图像滤波实验与分析
为评价提出的新的脉冲噪声算法的滤波性能，选择了标准中值滤波(MF),K邻近中值滤波(KNNMF),开关中值滤波(SMF),中心加权的自适应中值滤波算法(CWF),PGF滤波等主流滤波算法做实验对比。在256+256的Lena图像中分别加人低污染率的板盐噪声(0.5%， 1%，2%，3%，4%，5%)，用峰值信噪比(PSNR)来衡量每个滤波算法的性能。本文提出的滤波算法优于其他改进型中值滤波算法，且在低污染率的情况下，随着噪声的增大，滤波的信噪比不会急剧下降，很适合真实环境中低污染率图像的脉冲噪声滤除。
3.2角点提取实验与分析
通常为提高测量系统的精度，往往还需在像素级的角点上进行亚像素位置定位。本文采用harris算法提取像素级别的角点，然后采用角点梯度与失量点积为这一特征送代求得亚像素位置，可得业像素的提取精度为0.1个像素，另外针对角点提取过程中奇异角点的产生，采用SVD分解和直线拟合来判断、校正奇异点。
为验证亚像素提取算法的准确性，采用了人工绘制的等间距的棋盘格图片作为测试图片，对同一幅图像(225个角点)随时间等间隔基金项日：青年预研基金(11zx3121,08zx3117)
标上的标准差，在真实环境中，存在少数角点提取偏差比较大的现象，为此采用SVD分解法来判断奇异角点，采用直线拟合求交点来替换奇异角点坐标，校正后同一角点在x，Y坐标上的标准差曲线。可以得出，角点经过校正后，角点的重复性精度好于0.2个像素，相比校正前某些角点的重复性精度为0.6个像素提升了一大步，
3.3摄像机标定实验与分析
为评价本文改进的标定方法的精度，用张正友的标准数据在送代一次的情况下与张正友方法结果做实验对比，比较所求出的反投影误差，本文的改进算法可将单个相机的标定反投影误差降低0.1个像素，
3.4双目系统洲量精度实验与分析
为验证本算法在具体实物距离测量方面的精度，用标定好的相机拍摄任意摆放的标定板，取标定板成像图像上每一行的最左角点和最右角点做距离测试。共拍摄4个位置的标定板图像，经反推后求出 4个位置标定板上角点的世界垒标，计算实际距离5+13-65mm)与反推距离的偏差。系统误差最大值小于100微米，其均方根值小于18微米。实验还表明，实测距离的系统误差并不随距离的增加而发生变化，而是基本保持一个常量，
为验证本算法在瞄准过程中在X，Y和Z轴三个方位的坐标定位重复度，对同一位置的标定板连续采集5幅图像，反推出这5幅图像上角点的世界坐标，以第一幅图像反推的角点世界坐标为基准，计算其他四幅图像角点的反推世界坐标相对于基准坐标的偏差，进面求得系统在X、Y和Z方向的定位重复度，改进的标定算法的反投影误差可以控制在0.2个像素左右，测量的系统误差和系统在三个坐标轴方向的定位重复度均能控制在25微米以内，且通过精密加工的标定板进行实物测量，测量实际长度与标准杆的系统误差的RMS在
18微米左右。 4结语
通过理论分析和大量实验论证得出了一套机器视觉高精度测量技术路线，包括在高精度定位视觉系统中的图像预处理方法；亚像素检测算法，角点提取算法以及改进的摄像机标定技术，能精确获取目标靶球空间坐标，达到了微小目标高精度瞄准的工程要求。参考文献
[1 JEnnos,A.E.and M.S.Virdee,High accuracy profile measurement of quasiconical mirror surfaces by laser autoco1limation.Pre-cision Engineering.1982.4(1 ):p.58.
[2]卢卫涛,etal.公共诊断搭载平台双CCD交汇瞄准系统.应用光学。 201 1 (04):p.630635.
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