基于建筑物轮廓的地面激光点云与影像匹配点云配准研究

为了高精度融合异源数据,进而充分表达建筑物的顶面及立面信息,提出基于建筑物轮廓特征的地面激光点云与影像匹配点云配准方法.通过边缘估计提取影像匹配点云建筑物屋顶轮廓,利用α-shape算法匹配提取地面激光点云建筑物屋檐轮廓,运用主成分分析算法、质心约束及罗德里格斯公式实现两种轮廓点云的粗配准,根据ICP算法完成精配准.实验结果表明该方法能够实现跨模态数据的优势互补,有效提高影像与点云配准的计算效率和配准精度.     

基于Gocator的多传感器数据拼接方法研究

点云数据拼接在众多科研领域有着十分广泛的应用。为完整、精确地得到复杂物体的点云数据,提出一种基于Gocator的多传感器数据拼接方法。该方法需要对多传感器系统进行两两校准以获取各传感器坐标系与基准坐标系之间的空间变换关系,进而将各传感器自身坐标系下的数据转换到基准坐标系下,实现多传感器数据的拼接。对于双传感器数据拼接,首先通过两只传感器同时拍摄单孔标定块,利用最大距离法提取标定块轮廓坡口特征点,根据坐标转换原理,初步确定了两传感器间的旋转平移关系;在此基础上采用迭代最近点(ICP)算法进一步优化确定两传感器之间的最优变换矩阵,以得到精确的拼接关系。实验室搭建双传感器钢轨廓形检测平台对该算法进行验证,实验结果表明,多次拼接得到的钢轨廓形与标准模板误差不超过0.2mm,完全符合钢轨廓形允许误差要求,该算法具有较高精度和稳定性。     

基于ICP算法的人体三维点云数据的拼接技术

本文针对实体模型和真实的人体对象表面光滑,不好寻找控制点的问题,给出基于三维特征点ICP算法,通过提取对配准数据轮廓描述较好的三维特征点来减小计算量.实验结果表明,提出算法配准所需时间减小,且配准精度也较高.     

二维点轮廓与矢量轮廓配准研究

在平面类零件的光学测量中,二维点轮廓与矢量轮廓的配准是关键算法,配准精度 直接影响测量精度。针对平面类零件的配准问题,提出了基于形状特征函数的粗配准算法和二维 矢量最近点迭代(ICP)精配准算法。利用角度距离图法将矢量图形的几何信息转化为独立于坐标系 的连续函数,进而实现粗配准算法。基于平面上点与曲线的最近距离算法计算配准目标函数,给 出了不同于传统的ICP 算法的直接求解目标函数的解析方法,有效提高了算法效率。利用实例验 证分析了该算法的高效性和可靠性。     

一种基于小波的轮廓特征提取算法

从大量含有噪声的3维点云数据中提取实物的边界特征,在以计算机视觉为基础的数字化曲面重建过程中有非常重要的意义。为提高重建精度,需要首先对大量原始散乱数据进行除噪及精简处理,但常规的数据处理方法由于没有区分噪声和特征点,因而使重建精度大大降低。为了准确的进行轮廓特征提取,提出了一种基于小波变换的激光测量扫描表面轮廓特征提取算法,并通过严格的理论推导,构造了一种类似m exh小波的小波基用来对两种边界特征点进行检测。多次实验结果显示,该算法不仅有效地避免了噪声和冗余数据的干扰,较精确地定位到了边界特征点,而且通过重建原始数据,较准确地提取了3维实体的外形轮廓,同时也为实现冗余数据的精简提供了一种新思想。     

基于特征点和改进ICP的三维点云数据配准算法

在光学非接触三维测量中,复杂对象的重构需要多组测量数据的配准。最近点迭代(ICP)算法是三维激光扫描数据处理中点云数据配准的一种经典的数学方法,为了获得更好的配准结果,在ICP算法的基础之上,提出了结合基于特征点的等曲率预配准方法和邻近搜索ICP改进算法的精细配准,自动进行点云数据配准的算法,经对牙齿点云模型实验发现,点云数据量越大,算法的配准速度优势越明显,采用ICP算法的运行时间(194.58 s)远大于本算法的运行时间(89.13 s)。应用实例表明:该算法具有速度快、精度高的特点,算法效果良好。     

基于切片方法截面数据处理

为了提高后续截面轮廓重建的精度,提出了基于截面切片后数据处理的系列算法.首先用点云束细化算法对切片数据进行细化处理,采用类似于移动最小二乘法的跟踪方法,整个过程不对测量数据进行局部坐标变换,迭代步长由点云密度控制;将截面切片数据细化后,用双链表排序算法对细化后的数据进行排序处理;对截面测量数据的特征点提取,结合"角偏差法"和"弦高差法"的优点,研究了对提取特征点结果影响的几个主要因子,提出一种对冗余数据处理及特征点提取的方法,得到的点云数据可以进行很好的分组处理,并拟合成合适的轮廓特征单元.     

基于自适应迭代最小二乘的叶片后缘参数估计

为了解决燃气轮机叶片后缘轮廓参数辨识的难题,提出了自适应迭代最小二乘法.通过三维激光测量系统得到叶片后缘三维轮廓点云数据,测量精度±5μm,使用该算法对后缘所有截面进行拟合,拟合精度±0.001 mm.通过在不同程度高斯噪声下仿真后缘测量数据,对比分析了两种算法的拟合效果.自适应迭代最小二乘法对叶片后缘轮廓的高精度、高效率参数辨识有着重要意义.     

三维重建中点云模型与纹理图像的配准

研究三维立体图像优化问题,实现高真实度的纹理图.由于立体图像重建过程产生累加误差,影响匹配精度.目前半自动和自动纹理贴图中三维扫描数据与高分辨率纹理图像对应点配准精度低、计算量大.为解决上述问题,在标准ICP(Iterative Closest Point)算法的基础上,提出一种改进的LM-ICP 2D和3D配准算法.通过法向量内积加权的最近点迭代,动态更新特征对应,减小误匹配点对配准精度的影响,并利用LM(Levenberg-Marquardt)算法优化投影矩阵.采用真实数据进行仿真.实验表明,提出的算法能得到精度高、真实性强的匹配图像效果,为设计提供参考.     

基于参考点和ICP算法的点云数据重定位研究

对基于参考点的点云数据重定位问题进行了深入研究,提出了新的点云数据重定位算法;该算法采用参考点与ICP（Iterative Closest Point）算法相结合的方法,不仅很好地解决了重定位实现困难的问题,而且使重定位精度达到0.03～0．05mm;最后,得出该算法不仅可以完全满足三维测量系统整体精度的要求,而且具有很高实际应用价值的结论。     

双目视觉测量系统摄像机外部参数标定研究

针对双目立体视觉测量系统中摄像机标定问题,讨论了基于标准长度的外部参数标定方法,选定了摄像机透视投影模型,采用双摄像机同时对放置于视场内的十字靶标拍摄多幅图像,得出了基于LabVIEW开发的摄像机标定方法.该方法利用了LabVIEW的开发环境,使用了数学工具包,将遗传算法与LM算法相结合,优化迭代获得摄像机外部参数,运算速度和精度大大提高.开发的模块可用于基于LabVIEW开发的工程软件进行高精度尺寸现场测量.在双目立体视觉测量系统标定结果基础上对标准靶进行测量,测量结果标准差达到0.1.     

SMT封装电路板三维在线检测技术

为了检测回流焊接之后SMT( Surface Mount Technology)封装电路板是否存在缺陷,设计并搭建了基于线结构光传感器的SMT封装电路板三维在线检测系统,通过线结构光扫描测量,获取SMT封装电路板表面三维数据。采用双传感器测量技术,有效减少数据丢失;研究了双传感器统一标定技术,可同时实现两个传感器的参数标定和坐标系统一。提出了自适应光条中心提取算法,对反射或散射影响而形成的光条图像噪声具有很好的抑制效果,能够提取准确的光条中心。实验表明系统测量精度可达到0.02 mm。系统测量得到的三维数据,可以为在线检测SMT封装电路板缺陷提供可靠的三维信息。     

基于双目视觉的引磁片定位与测量研究

为了提高大批量生产中超薄磁性车载手机支架铁片的测量精度,提出采用双目视觉技术对引磁片定位,并基于鞍点法建立坐标系实现引磁片的高精度测量。首先通过HALCON的系统标定实现引磁片图像对的立体校正;利用金字塔算法与带有缩放的亚像素形状模板匹配实现引磁片特征点的提取。然后基于归一化互相关NCC(Normalized Cross-Correlation)的灰度匹配算法快速完成特征点的立体匹配;结合双目测距原理、坐标仿射转换对特征点重构获取以左相机为参考系下的3D坐标。最后通过空间曲线拟合公式和点积运算实现引磁片的高精度测量。实验结果表明,测量半径的误差小于0.1 mm、误差率小于1%;测量厚度误差小于0.1 mm、误差率小于6%,可有效的对超薄引磁片进行定位及尺寸测量。     

基于多传感器数据融合的准静态校准数据处理方法

静态标定后的电子测压器靶场实测时存在测不准和测试精度不高的问题,为了提高系统的可靠性和测试精度,提出了基于模拟膛压发生器的模拟应用环境的准静态校准方法.为了提高校准工作效率,提出了基于多传感器数据融合的准静态校准数据处理方法.文中详细论述了多传感器数据融合理论以及标准压力曲线上升沿校准法的合理性.用上述方法校准后的电子测压器进行靶场实测,测试数据精度高,可靠性强.     

基于聚类分析的精密零件测量方法

针对目前大型精密零件自动化测量和自动化装配的迫切需求,提出一种精密零件轮廓自动化测量方法;首先利用激光跟踪仪建立全局坐标系,基于世界统一法对多个相机坐标系进行全局标定;采用像素点聚类的方式、漫水填充法等图像处理方法对存在重影以及环境光的激光光条中心进行精确提取,利用统计滤波方法对三维数据点云进行杂点的去除,结合粗匹配和精细匹配方法对多组相机下的激光光条进行三维空间点云融合,移动产品,对精密零件进行全产品扫描,最后,借助于射线法对精密零件轮廓进行超差预警;实验表明,该方法对大型零部件产品的测量误差标准差为0.25 mm,15 min可以完成20 m长的大型零部件产品的测量与分析,足够满足现有大型精密复杂产品的装配需求,突破了现有技术瓶颈,可以对精密零件轮廓进行快速精确三维重构,并且可以计算精密零件产品的结构化参数。     

高精度传感器标定曲线的预测拟合

本文针对量程为0-0.5mm电容式位移传感器,采用运动范围0-80μm压电陶瓷微位移发生器,对其进行标定实验。通过对整个量程的分段标定,然后以所测得的待标定传感器数据为基准,基于灰色预测模型G(1,1),分别对缺省的待标定量程,输入信号以及标准传感器进行预测计算填补,最后得到待标定传感器的整个量程的标定值。经过曲线拟合得到待标定传感器的标定曲线,从而得到了该传感器的性能指标。本文对于量程较大的高精度传感器在标定过程无法一次性实验的情况下,用于分段等间距取标定量程,对缺省部分进行预测建模计算填补,最后拟合曲线,很好的解决了此类标定问题。     

一种基于运动的线结构光视觉测量系统标定方法

针对船体分段数字化测量提出了一种基于直角坐标机器人的线结构光视觉测量系统.通过控制机器人的运动,安装在其末端的线结构光视觉传感器对固定的平面靶标成像,实现了摄像机坐标系与机器人坐标系位姿关系标定;同时利用交比不变性原理获取平面靶标上的特征点坐标,完成了结构光平面参数的标定.该方法易于实现,通过对已知的标准工件进行测量实...     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光测量系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响;首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

微型电子测压器校准系统的合理性论证

为确保微型电子测压器在高温、高压、高;中击的实测环境中的测试精度,微型电子测压器应用于实际测试前,都要在模拟应用环境下被校准,为了证明微型电子测压器校准系统的合理性,介绍了标准测试系统的时域静态校准,标准测试系统的动态响应特性,标准测试系统的误差要求3方面的内容。分析结果表明,使用该校准系统能保证被校准后的微型电子测压器的可靠性和测试精度,满足测试要求。     

双路扫描式激光测径仪系统设计

针对企业对小型零部件生产线上的工件线径检测精度和稳定性问题,研制了一款基于ARM+FPG A的双路扫描式激光测径系统,用于解决扁平形漆包线线径的精确测量问题。该测径系统采用标准棒法测量原理,运用累加求和取平均值的处理算法,实现了工件线径的厚度和宽度双向检测,克服了单路激光测径系统测量范围受限等缺点。实验结果表明,该测径仪精度可达到0.001 mm,示值误差不超过±0.005 mm,稳定性能好,测量精度高,适合于生产线上小尺寸工件线径的精度检测。由于FPGA的快速数据处理能力,本系统特别适用于动态线材的尺寸监测。