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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
孙博文 朱志明 郭吉昌 张天一
基于激光结构光的视觉传感器广泛应用于焊接领域的坡口检测和焊缝跟踪。该文提出了一种基于组合激光结构光的新型视觉传感器,独特的光路结构设计避免了传感器应用于不同焊接位姿时繁琐的外参数标定,仅依靠传感器内部固有参数(应用前需校准)和焊接坡口图像的特征点坐标值,即可实现焊接坡口参数的在线检测,有效增强了传感器的适应性。通过对不同图像处理算法的改进和合理组合,对图像处理流程进行了优化。动态感兴趣区(region of interest,ROI)区域提取算法可快速寻获有价值的激光线和特征点所在区域,有效提升了后续图像处理速度;顶帽变换与自适应二值化组合,在将激光线灰度值均匀化的同时,实现了激光线与背景图像的有效区分。运用基于LOG(Laplacian of Gaussian)算子的边缘识别算法,可提取出激光线的单像素边缘;采用最小二乘法对所求得的激光中心线离散点进行直线拟合,通过联立直线方程求交点的方式,实现了对焊接坡口特征点图像坐标值的准确识别。借助Visual Studio平台,运用改进的图像处理算法、优化的图像处理流程和检测算法,对特征参数不同的V形焊接坡口进行检测试验,检测误差均在±4%以内,验证了所提出视觉传感器及其检测算法和图像处理流程的合理性和适用性。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
朱传辉 朱志明 柯挚捷 张天一
视觉传感是智能化焊接生产制造中实现焊接坡口尺寸参数、焊枪空间位姿等在线检测的关键技术,其有效应用的前提是视觉传感器内参的准确标定.该文针对独特设计的基于组合激光结构光的视觉传感器,提出一种视觉传感器内参一体化标定方法,基于普通的棋盘格标定板,通过标定相机内参,采用骨架细化法与Hough直线检测提取图像中的激光线中心线,求取投射在标定板上的激光线中心线上点在相机坐标系中的三维坐标和拟合激光结构光平面方程参数等,可实现视觉传感器内参的一体化标定,有效提高视觉传感器内参的标定精度和效率及标定过程的便捷性.在平面工件焊接坡口尺寸参数检测验证试验中,焊接坡口尺寸参数的检测误差均值和重复误差皆不超过0.04 mm,表明该视觉传感器的标定精度良好,可以满足焊接领域对焊接坡口尺寸参数的检测需求.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
冯宇星 郑军 林劲松
传统线激光视觉传感器受到相机景深的限制，高精度测量范围有限。通过倾斜镜头以满足Scheimpflug定律，能在视觉传感器内建立恒聚焦光路，使可见范围均清晰成像。该文针对改进后的线激光视觉传感器，提出了一套完整且有效的标定方案。相机内参标定方面，建立了倾斜相机成像模型，并提出了新的参数初值获取方法和非线性优化流程。光平面标定方面，设计了双台阶形状的新标定靶物，只需要采集一次标志物轮廓信息就能通过最优化求解快速完成光平面标定。实际测量结果显示，完成标定的传感器对标准陶瓷量块尺寸的检测偏差均值约为0.028 0 mm,表明该文提出的标定方案可靠有效，符合实际应用需求。
[期刊] 农业现代化研究
[作者]
沈跃 夏伟 刘慧 李宁
树木尺寸、形状等特征信息的获取,是现代化农业中重要的环节,为农林管理中的变量精密喷雾提供依据。为了实现对树木靶标信息的精确测量,搭建了基于UTM-30LX型激光传感器的室内滑台靶标检测系统,实现对规则物体、仿真树的扫描检测,通过编写的C++程序,实时读取数据信息并存储于控制计算机中。利用MATLAB软件对存储的数据信息进行后期的离线分析,重构物体三维图像,通过最大相对误差、轮廓相似度两个参数,分析激光传感器检测得到靶标目标尺寸、重构目标三维图像的精确度。以长方体柜子、圆柱体泡沫、2棵仿真树为试验对象,按照
[期刊] 农业现代化研究
[作者]
沈跃 夏伟 刘慧 李宁
树木尺寸、形状等特征信息的获取,是现代化农业中重要的环节,为农林管理中的变量精密喷雾提供依据。为了实现对树木靶标信息的精确测量,搭建了基于UTM-30LX型激光传感器的室内滑台靶标检测系统,实现对规则物体、仿真树的扫描检测,通过编写的C++程序,实时读取数据信息并存储于控制计算机中。利用MATLAB软件对存储的数据信息进行后期的离线分析,重构物体三维图像,通过最大相对误差、轮廓相似度两个参数,分析激光传感器检测得到靶标目标尺寸、重构目标三维图像的精确度。以长方体柜子、圆柱体泡沫、2棵仿真树为试验对象,按照选取的3个检测距离和4个检测速度分别对4个试验对象进行检测与数据分析。试验结果显示,多次试验下,与人工测量尺寸比较而言,激光传感器测得的长方体柜子长度、宽度和高度尺寸最大相对误差分别为6.76%、6.86%和3.92%,圆柱体泡沫的高度、直径尺寸最大相对误差分别为4.25%和7.33%,仿真树1高度、宽度尺寸最大相对误差分别为4.06%和5.91%,仿真树2高度、宽度尺寸最大相对误差分别为3.24%和4.00%;仿真树1、2的激光扫描重构图像与对应实物轮廓相似度最小值分别为0.928 8和0.932 6。研究表明,UTM-30LX型激光传感器在各种试验条件下对多种试验靶标特征检测均具有较好的精确性和准确性,可以担负变量喷雾检测的任务,具有应用到农业生产中的前景。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
叶涛 陶鸿景 欧阳煜 朱红秀 刘旭涛 郭智蔷
针对机械工程测试课程实验要求，结合管道内壁测量的实际工程问题，该文设计了一种基于高分辨率摄像机与光学反射系统的全向结构光视觉传感器，该传感器采用结构光视觉三维测量技术实现管道内壁缺陷测量，具有制造成本低、测量精度高的特点。针对传感器标定与应用设计了4个实验项目，实验结果表明，在狭窄受限空间和低光照的环境中，该测量系统可以实现管道内壁的三维测量，满足实际应用要求。通过实验，学生加深了对视觉测量理论知识的理解，掌握了理论知识在实际工程中的应用，为后续研究及工作打下基础。
[期刊] 林业科学
[作者]
韩玉杰 田中千秋
This paper investigates the possibility of measuring the surface roughness of wood by the laser displacement sensor. Ten points_based mean roughness of the planed surface of Douglas, Hinoki, Beech and Padauk was measured by using the laser displacement meter and the stylus instrument to clarify the ...
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
金伟正 孙原 李方玉
该文基于多分支特征融合的3D目标检测算法将无序的点云划分为规则的体素，利用体素特征编码模块和卷积神经网络学习体素特征，再将稀疏的3D数据压缩为稠密的二维鸟瞰图，最后通过2D骨干网络的粗糙分支和精细分支对多尺度鸟瞰图特征进行深度融合。该文实现了对多尺度特征的语义信息、纹理信息和上下文信息的聚合，得到了更加精确的原始空间位置信息、物体分类、位置回归和朝向预测，在KITTI数据集上取得优异的平均精度，并在保持一定帧率的同时具有较强的稳健性。
[期刊] 林业科学
[作者]
丁小康 闫磊 孔建磊 刘晋浩
【目的】对人工林区内的采育目标进行检测和识别,为采育作业操作员提供辅助信息,弥补人眼判断的不足,提高作业效率,降低操作风险。【方法】提出一种基于二维激光和图像的人工林采育目标检测方法,主要内容包括以下几个方面:1)基于二维激光测距仪和红外热像仪搭建采育目标信息采集系统,利用上位机对传感器的信息采集进行控制,并对采集到的信号进行预处理,获取目标的激光数据、可见光图像和红外热图像;2)将激光与图像进行标定,得到图像中的目标区域,同时由激光坐标得到目标的位置信息,为目标识别和定位打好基础;3)将可见光图像与红外图像进行融合,融合后的图像信息更丰富并减少由单一传感器所引起的不确定性,起到互补的作用;4...
关键词：
激光 图像 采育目标 识别 检测
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
贾英辉 耿涛 徐光宪 陈万志 冯泽鹏
设计了通信专业创新实验案例—基于STM32的多气体传感器检测光传输创新实验系统,并对实验系统的气体检测模块和光传输模块进行了软硬件设计。实验结果表明该实验系统能实时检测多种有害气体浓度,可通过光纤进行远距离信息传输。通过设计实验系统,不但使学生可以掌握通信、电路、电子设计和单片机技术,而且使学生的应用创新能力和实践能力得到提升。
关键词：
单片机 光传输 应用创新 气体检测
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张莹莹 周俊
为探索激光雷达在农业机器人环境理解和导航中的应用,研究一种基于改进DBSCAN算法的果园树干检测算法。该算法使用自适应密度阈值和聚类半径对不同距离处数据点进行聚类和整合,以克服DBSCAN算法对全局变量值敏感的缺点。针对激光雷达可能扫到地面造成机器人误检的问题,采用机器人航位推算模型计算当前帧数据中待定类的距离,通过与前一帧数据中对应类距离的比较判定待定类的类别,进而对地面干扰类进行排除。试验结果表明:1)机器人正常行走时本算法能够排除噪声准确识别树干类点;2)存在果树分枝或地面干扰时,有少量漏检,平均误判果树数目为-0.13棵,能够区分出地面类和果树类。该研究可以应用到农业机器人果园环境理解...
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
杨圣语 宋悦 薛金林 王培晓
为改善基于GNSS/INS组合定位的水稻插秧机在遇到遮挡、电磁干扰、传感器失效等情况时的导航效果，在原有GNSS/INS组合定位的基础上，提出一种视觉导航系统（vision navigation system,VNS）补充的水稻插秧机多传感器组合定位方法。首先设计改进的Otsu法和改进的Hough变换算法用于视觉定位信息提取，并构建插秧机和相机坐标系关系方程以求解位姿值；然后采用具有容错功能的联邦卡尔曼滤波算法将VNS输出的定位信息和GNSS、INS输出的定位信息进行融合；最后分别在水泥地和水田进行试验。结果显示，空旷水泥地场景下，GNSS/INS/VNS组合定位和GNSS/INS组合定位精度相近，而在遮挡水泥地场景下，GNSS/INS/VNS组合定位解算出的位置误差和航向误差的平均值分别为1.77 cm和0.99°，相较于GNSS/INS组合定位方法分别提高46.8%和61.5%；水田试验中，经过视觉补充后导航系统的横向偏差和航向偏差平均值分别降低45.7%和67.9%，横向偏差平均值为1.97 cm，航向偏差平均值为0.49°。试验结果表明，基于视觉补充的多传感器组合定位方法能有效降低导航系统的定位误差和跟踪偏差，满足插秧机自动驾驶作业的要求。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
汪涛 张武 苗犇犇 刘波 王瑞卿 张立付 徐少翔 饶元 江朝晖
针对茶园土壤墒情传感器布局中传感器数量过多、数据冗余度过大的问题，采用改进的K-medoids方法，优化茶园土壤墒情传感器使用数量及部署位置。在保证茶园传感网络全覆盖的基础上，实时采集各传感节点数据；构造各传感器在不同天气条件下的时间序列数据，并运用三次样条插值法拟合成连续函数；应用谱排直法定义新的时间序列数据的距离函数替换K-medoids中的欧氏距离，将聚类中心作为最终的传感器布点；随机选取位置并采集土壤相对含水率以验证聚类中心作为传感器布点的代表性。采用改进前和改进后的K-medoids方法对2018-07—2018-08（试验Ⅰ）和2020-12（试验Ⅱ）采集的土壤墒情数据进行聚类。结果表明：1）改进的K-medoids将32个传感器减少到4个，改进前后簇中心墒情值与簇均值的相对偏差，试验Ⅰ由2.85%降到1.91%，试验Ⅱ由2.01%降到1.43%;2）改进K-medoids所得聚类中心相对含水率与试验区域平均值相近，相对偏差小于2%;3）以改进的K-medoids算法所得聚类中心作为起点的布点路径长度为82.4m，使用8个传感器，优于改进前的106.5m和10个传感器。基于改进K-medoids的布局方法能够优化传感器的数量和位置并且在不同天气条件下均适用。
[期刊] 林业科学
[作者]
赵洪刚 孙耀星 高金贵 刘明利 乐磊 赵洪波 刘彦龙
【目的】利用激光切割蒙古栎,为了获得更好的切割效果,研究从单次切割到多次切割激光切割机的技术参数对切割缝宽和缝深变化的影响规律,为生产加工技术人员根据切割效果需求快速确定合理的技术参数提供理论依据。【方法】以激光切割机的各项技术参数为影响因素,以缝深和缝宽为切割效果目标设计试验方案,采用纵向比较和横向比较观察数据变化规律和试验数据处理,分析同次切割中不同技术参数对切割效果的影响,以及同样参数下不同切割次数对切割效果的影响。【结果】1次切割条件下,镜头高F=3 mm时,缝宽约为0.2 mm;F=7 mm时,
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
李培 谭鹤群 张伟健 皇甫季璇 牛智有
为了提高鱼粉品质检测装置的鉴别能力,利用研制的鱼粉品质检测装置,提取鱼粉样本的响应特征信息(10×6个)构成原始特征矩阵,以多层感知器神经网络的鉴别正确率为评价指标,对其传感器阵列进行多特征数据融合优化。首先,通过不同的归一化处理,得到了最佳的归一化处理方法;其次,通过因子载荷分析结果计算获得1 770个特征距离值,按从小到大的顺序对1 770个距离进行排序,并依据特征值距离原点的欧式距离,剔除欧氏距离较小的19个特征值,获得最高的鉴别正确率;最后,对经过载荷分析优化后的原始特征值进行相关性分析,按相关系数绝对值累加和大小进行排序,当剔除掉相关系数绝对值累加和大于37.2时的8个特征值时,此时鉴别正确率为98.3%,特征子集也更紧凑。研究结果表明:特征优化前后的传感器信号的表征特征发生了明显的变化,33个特征值被用来表征鱼粉样本的传感器特征信号。同时,采用马氏距离解释了MLP神经网络鉴别结果的可信性,进一步说明了特征优化方法的合理性。
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