1 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室，河南 郑州 450001
2 河南工业大学郑州市机器感知与智能系统重点实验室，河南 郑州 450001
3 河南工业大学信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
提出一种基于消隐点共线约束的镜头畸变非量测校正方法。针对畸变中心的定位误差问题，利用畸变模型的基本矩阵和最小二乘法，实现畸变中心的高精度定位。同时，根据消隐点共线约束，定义消隐点和直线联合度量的畸变测度函数，并使用Nelder-Mead算法进行非线性优化，迭代计算出精确的畸变模型系数。实验结果表明，所提方法能够有效、准确地对镜头畸变进行校正，方法简单易行，校正精度高。
测量 镜头畸变 非量测校正 消隐点共线约束 直线残差 光学学报
2022, 42(23): 2312004
1 中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
针对空间失稳非合作航天器位姿测量的难题，提出了一种非合作航天器关键特征的双目视觉位姿测量方法。首先，利用两台可见光相机获取高分辨率目标图像，基于改进的弧支持线段的方法提取目标表面的星箭对接环；其次，提出一种基于短线段特征的直线检测方法提取隔热屏十字线；最后，利用对接环与十字线相关特征建立目标坐标系，解算目标坐标系与测量坐标系之间的位姿关系。为了保证追踪非合作航天器时目标坐标系的一致性，提出一种十字线与对接环交点切换的方法。通过暗室环境下相机系统逼近实验与卫星模型转动实验，验证了所提出方法的有效性与准确性，说明该方法可以在超近程跟踪航天器时提供较为实时的相对导航信息。
测量 双目视觉 非合作航天器 椭圆检测 直线检测 位姿测量 中国激光
2022, 49(17): 1704003
1 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081
语义地图能够帮助移动机器人更好地理解环境，改善定位性能。为了提高语义地图的精度，本文提出一种激光与视觉融合识别并构建语义地图的方法。首先对激光雷达击中点进行直线拟合，提取凸凹墙角信息；然后利用相机和电子罗盘进行墙角的方向性进行区分，得到丰富的墙角类别信息；接着利用墙角信息对柜式物体进行误识别去除，融合激光深度信息，得到更加精确的物体语义信息；最后利用贝叶斯估计增量式地构建语义地图，消除语义栅格重叠构建的问题。通过仿真环境以及真实环境下的实验验证了该方法的有效性，同时利用语义地图进行重定位实验验证了该语义地图能有效改善定位性能。
遥感 直线拟合 墙角类别 贝叶斯估计 语义地图 重定位 中国激光
2022, 49(18): 1810003
1 核技术应用教育部工程研究中心(东华理工大学), 江西 南昌 330013
2 东华理工大学核科学与工程学院, 江西 南昌 330013
因全反射X射线荧光仪中入射X射线与全反射X射线形成驻波, 导致样品被激发产生的特征X射线成周期变化, 且在驻波峰区探测器产生的核脉冲重叠严重, 有必要提高后续分析电路的重叠核脉冲幅度准确提取能力, 进一步提升全反射X射线荧光仪的性能。 由于SDD探测器产生的核脉冲下降沿依衰减系数τrc呈指数规律衰减, 依据衰减补偿原则, 建立直线成形方法并推导应用于数字化核脉冲的递归公式。 实验发现: 在ADC转换器的取样周期为T下, 当k≥T/τrc时直线成形后的核脉冲顶部才能形成一条直线; 在k=T/τrc时上升沿最短, 重叠核脉冲分辨能力亦最好。 直线成形后的核脉冲上升沿及平顶分布与上升时间参数最小时的梯形成形结果相同但前者的平顶更为光滑; 由于直线成形后的核脉冲不存在下降沿, 使得其宽度更窄, 有利于分离相距更近的重叠核脉冲。 通过拟合直线成形后的核脉冲分布规律, 确定了直线成形方法可准确提取幅度值的最窄重叠核脉冲间隔; 且直线成形方法对不同幅度核脉冲的放大倍数一致, 证实直线成形方法不会改变谱仪的能量线性。 直线成形方法能可靠应用的前提是准确定位核脉冲的起始位置, 为此建立起冲击成形递归公式, 验证发现冲击成形后的核脉冲仅在其起始位置出现幅度约等于核脉冲幅度的冲击响应, 利用阈值判别就能准确定位所有核脉冲起始位置。 最后在FPGA内实现上述算法, 并进行10组比对实验, 实验结果显示直线成形方法在堆积平台与和峰压制能力、 峰背比和能量分辨率三个方面均优于梯形成形与模拟式能谱测量系统, 证实直线成形方法能极大地提升全反射X射线荧光仪的性能。
直线成形 参数最优取值 全反射X射线荧光 Straight-line shaping method Optimal values of parameters Total-reflection X-ray fluorescence 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2148
1 西南技术物理研究所，四川成都 610036
2 31401部队第80分队，内蒙古呼和浩特010000
3 中国电子科技集团公司第29研究所，四川成都610036
由于海天线检测在海天背景下的舰船目标检测与跟踪方面具有重要作用，提出了一种基于边缘灰度梯度门限分析和最小二乘直线拟合法的海天线检测方法。通过分析图像以及调整线性滤波器的步长来扩大海天线附近的灰度梯度差。采用门限分析法提取了边缘坐标，采用最小二乘直线拟合法提取了海天线，并利用MATLAB软件进行仿真验证。结果表明，本文算法可准确提取复杂背景下的海天线，且具有较好的适应性与实用性。
海天线检测 边缘检测 灰度门限 直线拟合 sea-sky-line detection edge detection grayscale threshold straight line fitting
太原理工大学矿业工程学院, 山西 太原 030024
当不同测站采集的点云数据存在遮挡时,无法获取完全对应的同名点特征,导致基于点特征的点云拼接方法失效。鉴于此,以同名直线特征为拼接基元,利用对偶四元数统一表示旋转参数和平移参数,依据基准测站和待拼接测站的平面法向量相等建立一种点云拼接平差模型来迭代求解平移向量和旋转矩阵;然后根据解析几何理论求解缩放系数,并将拼接后同名直线之间的单位方向向量和矩向量偏差中误差作为评价点云拼接精度的指标。实验结果表明,该平差模型能够实现存在遮挡问题的点云拼接,且拼接后同名直线矩向量偏差中误差可降低至0.0247 m。此外,该模型不仅能保留对偶四元数不依赖参数初值、收敛速度快的优点,又能解除对直线段两端点为同名点的限制。
遥感 对偶四元数 直线基元 法向量 缩放系数 点云拼接 光学学报
2019, 39(12): 1228006
1 同济大学测绘与地理信息学院, 上海 200092
2 自然资源部现代工程测量重点实验室, 上海 200092
针对现有从建筑物立面点云数据中检测提取直线段特征的方法存在漏检现象严重和准确程度不高的问题,提出一种基于切片的建筑物立面点云直线段特征提取方法。首先对建筑物点云姿态进行调整,使其走向与Y坐标轴一致,然后沿三个坐标轴方向对点云进行切片并在切片上提取特征点;之后分别对三个方向提取的特征点基于圆柱体生长的方式进行直线段聚类;最后采用残差1范数最小进行聚类特征点的直线段拟合及对直线段端点进行调整和优化。采用多组实验数据对本方法进行验证,实验结果表明:本文方法的直线段提取精度为点云中平均点间距的1/2;与基于平面分割和图像检测的方法相比,本文方法提取直线段的精确率平均提高了2.4%,召回率平均提高了48.1%,可以更加准确有效地从建筑物立面点云数据中提取直线段特征。
图像处理 立面点云 切片 直线段聚类 残差1范数最小 特征提取 中国激光
2019, 46(11): 1109002
苏州大学计算机科学与技术学院, 江苏 苏州 215000
当前的直线段检测算法均针对灰度图像设计和实现,在处理彩色图像时会抛弃其色彩信息,不利于获取高质量检测结果。为此,提出了一种针对彩色图像的直线段检测算法。对三个色彩通道分别应用DiZenzo算子计算出其梯度矢量,并基于平均梯度强度和方向提取出图像中的边缘;再对边缘线段上的像素点进行跟踪、链接或分裂,以生成候选的直线段。最后,基于候选直线段上各点的梯度信息,利用Helmholtz准则排除由噪声形成的虚假直线段,从而得到最终的直线段集合。实验结果表明,与现有算法相比,新算法充分应用了图像的色彩信息,显著提高了直线段检测的性能,在York城市图像数据库上可将当前算法的最高精确率从0.2207提升为0.2687,并获得了更高的F-得分。
图像处理 直线段检测 彩色图像 梯度方向 边缘检测 直线段验证 激光与光电子学进展
2019, 56(21): 211002
基于斜率检测的相位偏折术能够快速、简单、准确地测量光学元件面形和透射光学元件畸变波前。借助点光源显微测量系统对参考点坐标的准确测量提出了空间直线预标定的方法,利用它得到了相机中CCD面阵上每个像素对应每条光线的方向向量,通过每条光线的方向向量和被测面方程,追迹得到了被测面的世界坐标,从而求出被测面上各点斜率,采用波前重建算法,实现了光学元件面形的准确重建。实验结果显示,拟合面形去掉Zernike多项式前4项的RMS数据与干涉仪的测量结果最大相差仅约10 nm,并且实验中重建的面形与利用张正友提出的标定方法坐标计算重建的面形几乎相同。因此,空间直线预标定法切实可行,可以实现高精度的反射光学元件面形测量,且测量系统简单,具有应用价值。
光学检测 斜率 偏折术 空间直线法 预标定 optical measurement slope deflection spatial straight line method pre calibration
1 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科学技术大学图像测量与视觉导航湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
为了实现高精度的基于直线段对应的相机位姿估计，提出一种直接最小二乘法。通过提出并利用一种直线段之间的距离测度，将原问题转化为最小化一个姿态旋转矩阵的二次目标函数，该距离测度综合考虑了线段的端点距离、中点距离、夹角和线段的长度，通过旋转矩阵的CGR 参数表达获得一个修正的目标函数，此修正目标函数的最优解条件组成了一个三元三次方程组，利用代数多项式方法在不需要迭代的情况下直接求解这个方程组，从而得到了旋转矩阵的全局最优解。该算法的计算复杂度为O(n)。仿真和真实实验验证了该方法的有效性和高精度。
机器视觉 相机位姿估计 直线段对应 多项式方程组 全局最优解
