三维视觉测量技术及应用进展

三维视觉测量是计算机视觉与精密测量原理交叉融合的前沿高新技术,是工业4.0的基础支撑,是以网络化、智能化制造为变革特征的先进制造业的核心关键技术。经过几十年的发展,三维视觉测量技术在基础研究和应用研究上均获得了快速深入发展,形成了理论方法、技术工艺、系统研发和产品应用四位一体较为完备的方向体系,呈现出理论系统化、方法多维化、精度精准化和速度快捷化的发展趋势,成为智能制造过程控制、产品质量检验保证和装备整机服役测试的不可或缺的优选技术。本文主要围绕单相机、双相机和结构光等典型三维视觉测量技术展开论述,概要介绍其关键技术内涵,综述其发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势。重点论述条纹投影三维测量技术和相位测量偏折术。最后给出了三维视觉测量的发展趋势与未来展望。     

基于数字投影仪的光栅相位自校正方法

提出了一种针对数字投影仪的光栅相位自校正方法. 在基于光栅投影的主动式视觉三维测量技术中, 投影出具有标准正弦分布的光栅条纹是其关键环节之一. 对投影仪投出的光栅条纹, 应用n步相移法通过条纹图像得到其理想的相位分布, 然后根据理想相位分布和实际相位分布的映射关系, 对投影仪的光栅模式进行自校正. 实验结果表明, 经过3～5次自校正后, 投影仪投影出的光栅条纹质量有了很大的提高, 可以得到较理想的正弦分布的投影光栅.     

双四步路径相移均值法

在光栅投影三维表面测量系统中,光学仪器的伽玛非线性和随机噪声是影响相位展开精度的两个主要因素。双三步相移法具有同时降低这两类误差的独特优势,但仍然存在非线性误差较大且相位测量精度较低两个方面的问题。针对以上问题,提出了双四步路径相移法,首先将双三步相移法中对齐平均的思想应用于四步相移法,以降低非线性误差对测量精度的影响;进而提出了相位域空间变换多频外差方法,以利用所有测量相位进行相位平均,进一步降低随机误差的影响,提高测量精度。实验结果表明,该算法能够有效地提高相位展开的精度,具有更强的适应性。     

非接触式人体三维测量系统的研究

针对传统的接触式测量方法效率低,测量结果抽象、不准确,不能通过图像的方式形象表达等不足,研制了一种低成本、高效率、快速获取三维人体数据的非接触式测量系统;该系统是根据投影栅相位法基本原理,采用具有一定特性的结构光进行照射,通过分析相位值获得被测物体的高度信息;文章从理论和实践两方面进行了深入研究,研制了由计算机、投影仪、摄像头、图像采集卡、工作台等组成的三维人体测量系统,有效地提高了人体的测量精度和测量速度.     

计算机辅助三维非接触测量系统的研究与应用

本文对三维非接触测量进行了简单介绍,着重对其中的投影栅相位法从光学原理、相位原理和相位解包裹三个方面分别作了详细的阐述,实例分析结果证明该方法具有较快的测量速度和准确度.     

基于数字投影的嵌入式三维传感系统

对传统的三维测量系统体积过大,操作复杂的缺点,提出了使用低功耗高速数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维视觉测量系统.该系统采用了基于相位测量轮廓术原理,使用数字投影法实现结构光照明,利用定点DSP处理器和FPGA硬件电路以及多线程软件技术实现了条纹结构光编码、编码图像采集和条纹分析的流水线处理过程.通过测量实验表明,该系统可以实现快速、准确地三维轮廓测量.     

一种新的相位法三维轮廓测量系统模型及其标定方法研究

传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.     

基于误差校正的高精度三维测量系统

基于投影仪的结构光三维测量系统已得到了广泛的应用,但由于投影仪与相机的非线性特点,使用现有相位恢复算法得到的相位值具有一定的误差,影响了三维测量的精度。提出了一种基于二次型误差校正的高精度相位恢复算法。通过对标准平板进行相位恢复,分析其误差分布特征;用二次多项式对该误差进行逼近,得到误差的分布规律;根据求出的二次型误差模型对投影仪结构光系统得到的初始相位值进行修正,得到了高精度的相位恢复结果。实验表明,该算法比现有算法具有更高的相位恢复和三维测量精度。     

结构光编码方法综述

作为一种有效而可靠的三维重建和主动测量手段,结构光三雏视觉技术得到越来越多的关注.在结构光三维视觉系统中,编码方法关系到投影图案与摄取的投影图像中对应点匹配的精度和速度,是快速准确地获取三雏场景信息的关键.文中首先简要介绍了编码结构光三维视觉的基本原理,并对近年来国内外提出的各种结构光编码方法进行了总体回顾.通过分类比较,分析了各种方法的优点和局限性.对今后编码方法的研究方向进行了展望.     

计算机辅助三维非接触测量系统的研究与应用

本文对三维非接触测量进行了简单介绍,着重对其中的投影栅相位法从光学原理、相位原理和相位解包裹三个方面分别作了详细的阐述,实例分析结果证明该方法具有较快的测量速度和准确度。