视锥体裁剪几何算法研究

从几何角度出发,以投影理论为指导,设计了一种降维投影的视锥体裁剪几何算法。基本思想是基于视锥体构建计算坐标系,在计算坐标系下,向两个投影平面做正投影。空间中被裁剪线段与视锥体的位置关系被简化为投影平面内线段与等腰梯形的关系。这种几何化的降维方法有利于解决空间几何奇异问题。构建了空间视锥体裁剪中线段与视锥体的各种位置关系的测试样本,特别是78种处于几何奇异状态的位置关系,用于综合评估算法的速度和稳定性。用C语言在VC++平台上分别实现了投影降维的视锥体裁剪几何算法、经典的Liang-Barsky算法和与6个面分别求交的一般算法。在定性分析基础上,利用测试样本对3种算法做了计算速度与稳定性方面的测试对比。     

基于投影技术的增强现实注册方法

注册技术是实现增强现实应用系统的关键问题之一。实现了一种利用投影技术改进了的注册方法。这种注册方法主要包含4个步骤：（1）检测标识和特征点的位置;（2）利用投影技术跟踪摄像机;（3）计算模型视图矩阵;（4）绘制虚拟物体。在初始阶段,指定4个点建立世界坐标系,虚拟物体将会被叠加到这个坐标系上;在注册过程中,利用投影技术跟踪特征点的位置,并计算用于增强的模型视图转换。这种注册方法可以为一般的室内增强现实系统提供所需的精确度和实时性。     

GNSS载波多普勒频移计算、分析及实验验证

全球卫星导航系统信号处理中,多普勒频移至关重要;文章对地心惯性坐标系下载波多普勒频移最大值计算进行了研究,其推导中没有考虑地球自转速度和地面用户位置的影响;文章针对这个问题进行分析,通过建立卫星和用户位置和速度之间的立体几何模型,提出了地心地固坐标系下任意用户位置载波多普勒频移最大值的精确计算方法;同时针对多普勒频移计算问题,通过构建卫星与用户之间的距离向量,提出了基于精密星历的任意用户位置载波多普勒频移计算方法;最后使用GNSS仿真数据和实测数据进行验证,两种方法的计算结果均和实验结果相符合;两种新方法能够解决地心地固坐标系下特定位置处的多普勒频移最大值和特定位置处载波多普勒频移的计算问题。     

通用型“手—眼”式多关节机器人视觉系统物像关系的研究

本文着重研究了“手-眼”式通用型多关节机器人视觉系统中基体坐标系.物体坐标系和图象坐标系之间的关系.利用空间坐标系的投影变换和映射等方法,推导了“手-眼”式机器人系统中摄象机图象点和空间点对应的数学关系式.同时对固定式也进行了探讨.本文以多关节机器人视觉系统的实际情况为基础,在实际的机器人坐标系上导出了一个简便实用的算法,可以通过对摄象机摄取的图象中的点的坐标运算,求出其对应的空间点在机器人基体坐标中的坐标,因而能迅速准确地引导机器人根据视觉图象正确地运行到所求的空间点的位置.     

仿射重投影混合虚实注册方法

针对特征图形结合自然纹理特征的虚实注册误差较大、运行速度慢的问题,提出仿射重投影混合虚实注册方法.通过建立摄像机、真实场景以及特征坐标系之间对应关系的仿射坐标系,且采用ORB算法进行特征检测及后续特征模板的构造,并利用仿射重投影矩阵来恢复特征模板在当前图像上的投影位置信息以计算虚实注册矩阵.采用OpenGL生成的立方体模型与真实场景之间进行虚实注册仿真实验.仿真结果表明:在特征图形被遮挡或不可见时,本文方法在精度、健壮性以及速率方面表现优异,提高了增强现实(AR)系统的实时性和鲁棒性.     

WEBGIS快速地理投影计算

由于客户端的功能限制,直接在WEBGIS客户端实现复杂的投影坐标系到地理坐标系的转换是不现实的。文章利用线性逼近的原理,通过设计一个三角网格插值的办法,极大简化了客户端的计算复杂性。服务器负责计算网格点的投影换算,建立线性转换矩阵,把矩阵传递到客户端,客户端依据矩阵做实时的投影转换。这是个通用的设计,可以适合于任何投影方式,精度也很高,有很好的应用前景。     

基于单目视觉几何构建的三维扫描系统

为构建基于单目视觉的快速便捷式三维扫描系统,提出一种高精度的单目视觉几何投影的场景建模方法,并开发一种低成本高精度的三维扫描系统。首先,获取平面标定点的图像坐标,经投影变换将其转换为摄像坐标系下的三维空间位置坐标,分别建立平移台面和底座的三维空间平面方程;其次,通过移动平移台面求取同名标定点的空间坐标,求解平移台面的平移向量,并通过落在平移台面和底座上的激光线条求解激光平面;最后,提取图像中的激光光条中心点并将其变换为物体表面的三维点云数据。实验结果表明,投影变换求得的平面方程误差小于0．2％,扫描结果误差低于0．05mm。     

基于UKF的红外目标空间定位方法

针对单站系统利用一次观测对目标进行定位,瞬时定位误差较大,提出了基于UKF的红外目标空间定位方法。基于针孔成像模型,借鉴主动视觉思想,通过控制红外热像仪运动拍摄目标图像,获取目标位置,并用GPS接收机测得拍摄点世界坐标。根据透视投影变换方程,借助站心地平坐标系和WGS-84坐标系建立红外目标空间定位的非线性系统模型,在此基础上引入UKF（Unscented Kalman Filtering）滤波算法进行空间定位。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

啤酒瓶字符的圆周投影特征提取与识别

针对已分割完成的啤酒瓶凸性字符,提出了一种基于圆周投影变换的图像特征提取方法。以质心为极点将笛卡尔坐标系变换为极坐标系,进行圆周投影计算,将二维的字符图像变换为一维投影。利用小波变换（WT）和离散余弦变换（DCT）,提取不同字符的有效特征。通过相同、相似字符特征提取实验,表明该方法具有较好的抗噪声能力和分类性能。     

基于增强现实技术的翻译系统建模技术研究

基于增强现实技术的翻译系统,通过跟踪用户头部位置和姿态的变化将飞机座舱的辅助信息实时显示在头盔显示器上,以软件的形式实现了进口飞机座舱设备的汉化。系统建模包括对系统整体架构的描述和各分系统的数学解决方案:座舱分系统采用将各仪表部件抽象为空间平面的方法来建模,文章介绍了在座舱和跟踪器两种坐标系下的平面方程建立方法;为统一参考坐标系,文章采用最小二乘法对坐标变换矩阵进行参数估计。     

基于坐标变换的六维力传感器静态标定方法

为了提高传感器的测量精度,研究了六维力传感器标定矩阵的构造方法。首先,指出了传统标定矩阵的物理意义。然后,在传统标定矩阵中引入坐标平移变换算式,提出了一种综合考虑位置、姿态、坐标轴刻度比例缩放变换关系的六维力传感器静态标定方法。在标定试验的基础上,构造了标定矩阵,并对实测数据进行了补偿计算。误差分析表明:在传感测量系统无平移系统误差时,与传统标定方法相比,该方法的补偿精度略有下降。当在传感测量中加入平移系统误差时,该方法的补偿精度不变,而传统标定方法的测量精度明显下降。该方法起到了消除平移系统误差作用。     

一种大屏幕人机交互系统的实现方法

针对利用双目立体视觉技术实现大屏幕人机交互系统时摄像头标定复杂的问题, 提出一种大屏幕人机交互系统的实现方法。由两个摄像头负责采集用户手部的图像,获取指尖的二维图像位置坐标,通过透视投影模型,由测量所得的两个摄像头之间的距离、大屏幕左边与摄像头之间的距离、摄像头离地面的高度、大屏幕底边离地面的高度等数据,求出地面上与指尖成像在同一位置的地面坐标,由摄像头的位置及地面坐标求出一条直线,两条直线相交获取指尖空间坐标,由指尖空间坐标选取与屏幕对应的二维平面坐标,经物理坐标到逻辑坐标转换求出手指指向屏幕的实际坐标,实现大屏幕的定位。定位完成后,采用指尖检测方法检测视频图像中指尖是否存在,以此判断食指弯曲和伸开的点击操作。指尖空间坐标的计算方法虽然存在误差,但由于用户在操作过程中能够实时看到鼠标的位置,因此该误差对用户是透明的,而这种方法以简单的、近似的求解避免了复杂的摄像头标定过程,便于系统工程的实施。     

一种航天测量船船位数据替代方法

讨论了在传统航天测量船测量模式与新测量船使用的分布式测量模式之间,船位数据使用方式的差别.指出了在分布式测量模式下,研究一种使用已知点位数据等效计算其他点位数据的方法是必要的.把测量船船位数据替代问题抽象为具有一般性的位置替代问题.通过建立中间坐标系的方法,将位置数据替代过程分割成3个步骤,并且给出了每个步骤的数学表达式.最后通过测量船海上校飞试验数据对该位置数据替代方法进行了检验,结果表明在包含测量误差的同时,使用本方法计算得到位置数据,一致性和精度均满足任务要求.     

三维空管自动化系统投影技术研究

新一代空中交通管理系统的核心任务是对飞行器的四维航迹进行管理,而实现四维航迹有效显示的重要途径之一为三维透视投影技术。针对空管自动化系统的实际需求,求得三维空间透视投影的旋转矩阵及投影矩阵,给出一种新的投影算法,并结合三维地图软件对实际飞行器的标牌显示进行实验。实验结果表明所提出的方法可以实现三维空间到二维投影面的变换,是一种有效且可行的三维空间透视投影算法。     

空间几何变换算法的可视化处理

给出物体空间坐标几何变换的常见算法,采用平移、缩放、旋转、投影等变换矩阵将抽象问题具体化为相关算法,并以可视化计算的方法,通过例程直现表现出这些算法对于简单构型物体的实现过程.所提出的可视化算法是面向对象的,具有很好的通用性.     

曲面多通道立体投影系统及其配准方法

为解决曲面投影图像的几何失真和立体感畸变问题,设计并实现一个曲面多通道立体投影系统。该系统利用透视投影校正非线性失真,通过重投影变换对立体投影图像进行精确配准,基于NURBS曲面拟合得到投影形状的立体投影,采用图形处理单元的加速技术实现多通道间的实时边缘融合。实验结果表明,该系统具有较高的校正精度和较快的渲染速度。     

组合式建筑立面全景图像的渐晕校正

由于组合式建筑立面图像进行全景拼接时,交界处光照度降低,产生渐晕现象,提出一种基于曲面拟合的渐晕校正方法,对组合式建筑立面全景图像渐晕校正。通过推算角点,分析图像坐标系及世界坐标系之间的对照关联,获取世界坐标系中角点的单位坐标数据,构建相机成像的组合式建筑三维交互模型;采用ORB特征匹配算法实施图像匹配,通过分解单应性矩阵,推算相机内部参数的投影转换矩阵、旋转矩阵和平移矩阵,运用柱面坐标投影方法完成建筑立面图像全景拼接;使用基于二维曲面拟合图像灰度校正方法,计算Hesse矩阵的相关系数,利用Hesse矩阵逐次迭代收敛,获得二维曲面参数值,消除图像渐晕现象。仿真结果证明,所提方法能够有效校正组合式建筑立面全景图像渐晕,且校正后的图像灰度分布均匀,缩短了图像渐晕校正时间。     

基于Quest3D 可视化管理系统的研究与实现

Quest3D 是一种基于DirectX 开发的三维交互技术平台,具有广泛的应用空间。在 研究Quest3D 构建交互式三维虚拟场景的过程、方法和相关技术的基础上,以某工程项目为例, 以VC++和Quest3D 为平台,结合MySQL 数据库技术,开发了一个工程项目可视化管理系统, 通过服务监听机制实现数据的异地同步和更新。用户在虚拟场景中通过鼠标或键盘进行交互操 作和漫游,查询工程信息,可视化预警存在问题工程及应急事件处理预案的查询等,为实际工 程施工和管理提供了一种可视化的解决方案。     

四元数法在动基座光电测量坐标变换中的应用

寻求一种高效的坐标变换算法一直是动基座光电测量系统中亟待解决的问题,由此研究了四元数法在动基座光电测量系统坐标变换问题中的应用;利用四元数作为旋转算子的特性,提出了一种改进的坐标变换方法,并利用这种方法推导了视轴从光电平台坐标系到载机坐标系的变换矩阵和在载机坐标系下的方位角、俯仰角计算公式;最后将该方法运用在某机载光电测量系统上,通过采用四元数法和常规方法分别进行地面仿真的数据分析结果,验证了该方法的准确性和优越性。