基于数字投影的三维形貌测量系统的实现

随着科学技术和工业生产的发展,三维形貌测量技术在机器视觉、工业监控、机械工程和医学检测等领域的应用日益广泛。在三维形貌测量系统中引入数字投影设备,并且由计算机进行控制,以达到自动化测量的目的,在很大程度上推动了三维测量技术的发展。文中从理论和实践两方面深入研究了基于数字投影的三维形貌测量技术,对其测量原理进行了分析,并且对傅里叶变换形貌测量法（FTP）和相移形貌测量法（PSP）进行了研究,搭建了实际的实验系统,并且通过实验比较了这两种测量方法的优劣。     

三维曲面激光快速自动测量系统

本文介绍了一种采用激光和ＣＣＤ光电子技术非接触三维曲面快速自动测量方法，阐述了该测量法的光学三角几何学测量原理。介绍了利用这种测量系统的配置，测量过程和测量数据采集与处理，用该测量系统对轿车模型作了实验测量，并取得了良好的实验结果，不仅生成了轿车模型的三维曲面立体图形，而且与实际模型基本吻合。     

BGA引脚共面度的变光源阴影莫尔测量技术

相移莫尔轮廓测量法是一种光学全场非接触三维测量方法,由于存在机械运动,限制了测量速度、使用寿命及测量的可靠性。采用变光源阴影莫尔测量技术,实现了无机械运动的快速测量。该测量方法可以满足 Ｂ Ｇ Ａ（ 球脚阵列） 封装引脚尺寸的实时在线检测的需要     

三维面部表情识别技术的研究进展

三维采集设备的快速发展,极大推动了三维数据技术的研究。其中,以三维人脸数据为载体的三维面部表情识别研究成果不断涌现。三维面部表情识别可以极大克服二维识别中的姿态和光照变化等方面问题。对三维表情识别技术进行了系统概括,尤其针对三维表情的关键技术,即对表情特征提取、表情编码分类及表情数据库进行了总结分析,并提出了三维表情识别的研究建议。三维面部表情识别技术在识别率上基本满足要求,但实时性上需要进一步优化。相关内容对该领域的研究具有指导意义。     

埋嵌式元件共面度测量方法研究

基于公司埋嵌元件PCB工艺特性和客户需求,对比研究切片测量法、三维坐标测量法、三维成像测量法以及接触式三坐标仪测量法等四种方法测量公司埋嵌式元件共面度的测量原理、测量精度、测量效率和可实现性。并对公司现有埋嵌式元件共面度的测量方法进行优化,建立较完善的埋嵌元件共面度的测量规范。     

连续超声波位置跟踪器的设计原理及其在虚拟现实系统中的应用实现

位置跟踪器是虚拟现实和其它人机实时交互系统中最重要的输入设备之一,它实时地测量用户身体或其局部的位置和方向并作为用户的输入信息传递给虚拟现实系统的主控计算机,从而根据用户当前的视点信息刷新虚拟场景的显示．基于连续调幅超声波相位差相于测距方法实现快速、高分辨率的动同态方法测量的原理,本文着重阐述了以连续超声波相位差相干测量法实现三维动态位置测量的原理、系统设计、实验结果,并利用上述跟踪器研究了具有三维实时交互控制能力的虚拟现实系统样机     

伺服控制的激光跟踪器

美国马里兰的CHESAPEAKE激光系统公司已制成一种激光坐标测量系统,据称其测量的速度、量程和精度均优于现有系统.此种CMS1000系列激光目标测量系统,在27m3的区域内,用激光干涉测量法测定运动物体的位置,测量精度达到1μm,测量速率超过200Hz.显然,CMS-1000不同于标准的用一伺服控制跟踪器测量三维运动的线性干涉测量法.     

基于DSP的变压器直流电阻的"消磁动态"法测试研究

针对变压器绕组直流电阻测试特点，提出了“消磁动态测试法”，将静态测量法与动态测量法有机统一起来。整个测试系统以数字信号处理器为控制中心，进行快速、可靠的数据处理。该测试仪结构简单，测量准确、快速，又易于操作。     

结构光测量系统的标定方法综述

结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。     

主动式光学三维成像技术

主动式光学三维成像技术具有非接触、快速、精确等特点,其主要成像方法可分为三角形测量法(包括结构光法和相位莫尔法)、基于被动式的主动式成像法和飞行时间测量法三种。分别介绍了这些方法的基本原理和特点,并在最后进行了总结和展望。     

基于光纤光栅的软体机器人末端力测量方法研究

手术机器人的末端操作力测量是实现机器人精准控制的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。文中针对微创手术软体机器人末端三维力测量的实际需求,提出一种基于光纤光栅的微创软体机器人末端三维力的测量方法。基于光纤光栅传感原理,分析光纤传感器植入在软体机器人中的传感特性,建立基于最小二乘法线性标定和基于伯恩斯坦多项式非线性补偿的软体机器人末端力解耦模型,研究光纤光栅中心波长漂移量和软体机器人末端三维力之间的关系。并通过实验测试和对比分析验证了基于线性标定和非线性解耦算法的光纤传感软体机器人末端力测量性能研究结果表明:光纤光栅传感的可重复性平均为1.5 pm,末端力在XYZ三个方向上的测量精度误差均低于满量程的5%,且残差分布大部分集中在可靠区间,具有良好的重复性。所提出的基于光纤光栅的软体机器人末端力解耦算法为微创手术软体机器人的末端力精确测量提供了有效的方法,在生物医学等软体机器人的末端力测量中具有应用前景。     

双孔离焦成像法齿条测量研究

提出一种基于双孔离焦成像的三维测量方法。通过在成像光路中加入掩膜版,使离焦物体通过掩膜版后在CCD上成双像,根据双像的相对位置,获得成像物体的空间三维位置。在分析相机成像模型的基础上,推导了离焦成像三维反演方法模型,分析了结构参数对测量精度的影响。搭建了三维测量仪器,对齿条进行测量实验,实验结果表明,本文方法能实现齿条等三维物体的快速,非接触测量,具有较高的测量精度,误差小于2μm。     

基于三维光学信息的人体姿态快速测量

汽车中人体姿态三维测量对汽车座椅设计的舒适性评价具有重要的意义。为了快速准确地获取车内人体三维数据,文中采用一种基于双目视觉的立体三维数据获取方法,该方法将结构光与标记点相结合,实现了人体三维点云快速重建以及三维姿态(距离、角度)自动快速测量。实验结果表明,该方法在距离2 m以上,测量范围1.5 m×2 m时,人体姿态测量精度可以达到0.03 mm,满足了汽车人体姿态高精度三维数据采集的需求。与传统的汽车人体姿态三维测量方法相比,文中所使用的三维自动测量方法不仅自动化程度高,而且具有测量精度高、速度快、鲁棒性强的优点。     

用于机械的线结构光三维轮廓相位测量

现代工业发展要求提供高质量的机械产品,三维轮廓测量方法有助于机械轮廓检测的完整度,但机械三位轮廓相位测量存在测量精度低等问题,基于此,提出用于机械的线结构的光三维轮廓相位测量方法。依据线结构光在三维轮廓相位测量中的工作原理,计算机械三维轮廓表面每点的相位差;将投射在机械三维轮廓表面的变形光栅条纹采用傅里叶变换方法,获取频域滤波的频谱,获得机械三维轮廓相位值;通过灰度图对机械三维轮廓相位发生非正常跳变的区域进行识别,确定机械相位非正常跳变区域。在此基础上,采用密度等值方法优化离散点密度,构建机械轮廓相位对应的尺寸优化模型,实现用于机械的线性光三维轮廓相位测量。实验结果表明:采用所提方法进行机械的三维轮廓相位测量的精度较高,测量的耗时短。     

Model-based analysis synthesis image coding (MBASIC) system for a person's face

The initial conception of a model-based analysis synthesis image coding (MBASIC) system is described and a construction method for a three-dimensional (3-D) facial model that includes synthesis methods for facial expressions is presented. The proposed MBASIC system is an image coding method that utilizes a 3-D model of the object which is to be reproduced. An input image is first analyzed and an output image using the 3-D model is then synthesized. A very low bit rate image transmission can be realized because the encoder sends only the required analysis parameters. Output images can be reconstructed without the noise corruption that reduces naturalness because the decoder synthesizes images from a similar 3-D model.

In order to construct a 3-D model of a person's face, a method is developed which uses a 3-D wire frame face model. A full-face image is then projected onto this wire frame model. For the synthesis of facial expressions two different methods are proposed; a clip-and-paste method and a facial structure deformation method.     

Three-dimensional virtual-reality surgical planning and soft-tissueprediction for orthognathic surgery

Complex maxillofacial malformations continue to present challenges in analysis and correction beyond modern technology. The purpose of this paper is to present a virtual reality workbench for surgeons to perform virtual orthognathic surgical planning and soft-tissue prediction in three dimensions. A resulting surgical planning system, i.e., three-dimensional virtual reality surgical planning and soft-tissue prediction for orthognathic surgery, consists of four major stages: computed tomography (CT) data post-processing and reconstruction, three-dimensional (3-D) color facial soft-tissue model generation, virtual surgical planning and simulation, soft-tissue-change preoperative prediction. The surgical planning and simulation are based on a 3D CT reconstructed bone model, whereas the soft-tissue prediction is based on color texture-mapped and individualized facial soft-tissue model. Our approach is able to provide a quantitative osteotomy-simulated bone model and prediction of postoperative appearance with photorealistic quality. The prediction appearance can be visualized from any arbitrary viewing point using a low-cost personal computer-based system. This cost-effective solution can be easily adopted in any hospital for daily use     

面向三维球体空间温度场的对射式超声波测量研究

温度测量在航空航天、公共安全、智能制造及智能家居等方面具有重要意义。基于超声波原理的测温技术是近年来发展起来的一种新型温度测量方式,超声波测温技术具有非接触式,温度测量范围广,响应速度快和测量准确度高等特点,在航空发动机、微波干燥等领域表现出了良好性能。该文面向三维球体空间温度场测量的需求背景,基于超声波飞行速度与介质温度相关原理,采用收发同体式超声波换能器,设计了针对二维圆形平面的8换能器结构和针对三维球体空间的26换能器结构,提出了分时轮训超声波换能器接收控制策略,建立了基于径向基函数的空间温度重构算法,并基于Matlab平台对测温方法进行仿真。仿真结果表明,对于构建的对角偏斜和中心对称二维圆形平面温度场模型,以及中心对称三维球体温度场模型均具有良好的重建效果,同时在超声飞行时间的测量中还叠加了标准差分别为0.02%、0.03%和0.05%的三类高斯白噪声,进一步验证了该文提出的对射式超声波温度场测量方法具有较好的鲁棒性。     

线结构光测量的NURBS算法曲面重构

针对传统的曲面重构算法效率低下和繁琐的问题,提出一种基于线结构光测量获得三维点云数据和NURBS算法曲面重构方法。利用线结构光的非接触性、高效率和高精度的特点获取三维模型的三维数据并且能够避免视觉测量中的配准问题,然后利用高斯滤波、非均匀网络压缩原理、八叉树算法对三维对云数据进行去噪、压缩、数据索引后,有效提高了数据的重构效率,最后采用NURBS算法对曲面进行重构。以普通硬盘为例,运用所提方法进行曲面重构,实验表明曲面重构方法比传统曲面重构方法速度更快,误差小于0.05 mm,具有很好的精确性和高效性,为以后的曲面重构研究领域的提供了重要的研究方法。     

基于相位编码的三维测量技术研究进展

结构光作为一种非接触式主动三维测量方法得到了快速发展。基于结构光原理的相位编码方法将码字以相位的形式嵌入到条纹的强度中,由于使用相位而不是强度来确定码字,对表面对比度、环境光和相机噪声不敏感,具有较强的鲁棒性。文中回顾了基于相位编码的三维测量技术研究进展,综述了基于相位编码的三维测量原理,包括初始相位的设计方法、编码条纹的产生方法、相位计算方法、条纹级次的获取与校正以及最终绝对相位的获取,给出了相关的实验结果,并指出了相位编码方法中的优缺点。最后,讨论了该技术面临的挑战,并指出了该领域今后的发展方向。     

投影型莫尔法的成像理论研究

研究了基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术的光学成像原理。以余弦光栅作为投影光栅和参考光栅,对投影型莫尔法从物理光学的角度进行了理论分析。采用菲涅耳衍射公式和傅里叶变换得出了输出面上的光场的理想计算公式。在计算机上采用描点法模拟出变形光栅的光强分布,该光强分布为余弦函数,与实验图片的结果一致,还得出了最终变形光栅像的光强分布。与从几何光学的角度分析结果相比,物理意义更明确。利用上述结果推导出了莫尔条纹的光强分布函数,同时也推出了高度和相位的关系。该结果为基于莫尔条纹的三维轮廓测量技术提供了理论基础。