基于FPGA的动态三维面形测量系统设计

以测量新滩滑坡的三维面形数据为例,通过多次测量,提出了一种新颖的山体滑坡监测预警方式;其基本思路是利用信号的频谱特性去恢复被测物体的面形;其大致测量过程是通过采用结构光照明和CCD摄像机获取变形条纹图,再经过对变形条纹图进行傅立叶变换、频谱滤波、逆傅立叶变换,相位展开等处理后可以得到被测物体重建的三维面形;研究了动态测量中的面形信息获取与处理,采用了适合动态面形测量的位相展开的方案,计算机模拟了测量过程,设计和实现了能处理80～120帧/秒的基于FPGA的动态三维面形测量系统;理论和实践证明基于傅立叶变换轮廓术对处于动态变形过程中的物体的三维面形测量是完全可行的.     

利用单幅变形光栅条纹图提取相位的方法研究

针对单幅变形条纹图的调制相位提取问题,提出了两种分别基于频移法和基于希尔伯特变换的相移法从变形条纹图中提取面形相位的改进方法,并对它们的性能进行比较分析。在频移法中,通过使用伸缩窗口傅里叶变换来优化基频的准确提取;在相移法中,采用软件的方法利用希尔伯特变换来实现物理上的相移,并结合了求平均相位斜率的的方法有效去除载波相位成份。两种方法的共同优点都是只需要拍摄单幅条纹图像,操作简单,计算复杂度不高,有利于快速测量,具有良好的应用前景。     

基于莫尔云纹法的三维物体面形测量的实现

应用数字莫尔云纹方法三维物体面形测量技术的主要内容是利用几何光投影条纹的方法,结合数字图像处理和小波算法,实现三维物体的面形的自动测量.本文的目的就是为了在传统的云纹分析法中引入小波算法,以及对该项技术做进一步研究;同时也对传统的算法做了相应的具体化,以推动该技术的实用化.     

2维载频条纹2维窗口傅里叶变换轮廓术

为了解决3维形貌测量中单一频率光栅条纹的测量信息少、1维双频光栅两个同方向载频容易产生频率混叠及两个载频条纹测量精度不同、连续相位解包法在复杂物体相位解包所存在的问题,提出采用2维网格光栅作为空间载频光栅条纹联合2维窗口傅里叶变换的傅里叶变换轮廓术。两个载频相互垂直,减少可能的频谱混叠;应用2维窗口傅里叶变换进行频谱分析和设计带宽自动调整的滤波器分离出两个1维变形光栅条纹,在一幅变形网格光栅图像中得到两个方向光栅各自所对应的包裹相位分布;并且应用查表法解包得到真实调制相位分布。与1维单频和1维双频比较,这种技术可以获得两倍相同精度的测量信息,并能对复杂物体的相位分布进行解包。给出了详细的理论推导、计算机模拟和实验结果,证实了该方法的可行性。     

基于单幅光栅条纹图像的钢轨表面三维重构研究

针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移动。利用推导的相移公式直接求取包裹相位变化量,并解包裹得到连续相位分布。将连续相位代入相位高度映射关系,获得轨面高度分布,重构钢轨表面三维形貌。利用传统Stoilov五步相移法重构钢轨表面。通过对仿真结果的对比分析并结合实际情况,该方法能够很好地实现钢轨表面的三维重构,并且误差小于Stoilov五步相移法,运行速度较快,更适合在线检测。     

广义Morse小波在物体三维轮廓测量中的应用

光学主动非接触式物体三维轮廓测量技术应用广泛。为了测量物体面形的3D轮廓,提出用广义的Morse小波作为母小波,对由物体表面高度调制而发生变形的投影条纹图像进行连续小波变换,根据小波变换的相位与物体高度之间的关系确定物体3D轮廓。并与当前最为流行的复Morlet小波作为母小波进行详细比较。模拟和实验对比均表明,由于广义Morse小波具有灵活的时频局部特性及严格解析性,广义Morse小波作为母小波是适合的,并且测量物体3D轮廓效果优于目前流行的用复Morlet小波作为母小波,测量精确率提高约20%。     

基于多线程技术的嵌入式三维数字成像系统

提出一种基于多线程技术的嵌入式三维数字成像DSP系统设计。该系统应用时间序列变频条纹数字投影原理,使用DSP/BIOS实时操作系统的配置工具实现多线程DSP应用软件,从而实现编码条纹投影、调制图像采集和相位解调的流水线处理过程,并且使用软件流水等方法对相位重建计算进行优化。实验表明,该DSP系统能实现快速的三维表面测量任务。     

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.     

基于组合光栅的双目立体测量

针对高精度三维测量问题,提出了基于组合光栅的双目立体测量方法.该方法通过向被测量物体投射矩形和正弦条纹,计算出物体表面的相位分布,由相位和极线得到三维坐标信息.实验表明该方法能够有效地降低数据处理时间,提高测量精度和匹配率.     

使用最小二乘迭代相移方法测量透明元件

为了更精确地测量透明平板前后两个面的面形相位发布,提出了一种基于最小二乘迭代的相移算法。通过一次最小二乘相移算法后,可以得到相应的透明平板面形图,但是由于初始得到的相位值存在误差,因此得到的面形图精度并不会很高。因此需要通过得到的面形图推导出准确的相位值,本算法通过最小二乘发多次迭代的方法,计算出较准确的初始相移值。对该方法进行仿真实验后,可知此算法的测量精度较高且抗噪能力比较好,仿真得到面形图的PV值与RMS值误差值均小于0.006λ。在实际测量结果中,得到测量结果的PV值误差小于0.09λ,RMS误差小于0.02λ。测量到的面形与物体真实面形接近,测量精度较高。     

A method of monitoring three-dimensional ground displacement in mining areas by integrating multiple InSAR methods

Underground mining often causes large-gradient vertical and horizontal displacement in ground surface, resulting in the losses of coherence and difficulties in phase unwrapping. This article presents an approach to determine three-dimensional ground displacements in mining areas with the large gradient or phase decorrelation by integrating multiple interferometric synthetic aperture radar (InSAR) methods. The core of the proposed method is that the offset-tracking method is employed to solve for the displacement with the large gradient or phase decorrelation. First, the displacements in the radar line-of-sight directions are obtained from two interferometric pairs with different viewing geometries by integrating the measurements of differential InSAR and offset tracking. Then, the displacements in the azimuthal directions are obtained from two interferometric pairs with different viewing geometries by integrating the measurements of multiple aperture interferometry and offset tracking. Finally, the three-dimensional ground displacement fields are inferred from these four independent, one-dimensional displacements using the least squares method and Helmert variance component estimation. We apply this method to obtain the three-dimensional ground displacement field in the Dongtan mine region. We compare the results with those of levelling and global positioning system surveys, and the root mean square errors of the results were 24 and 43 mm in the vertical direction and horizontal directions, respectively. The experimental results indicate that the proposed method can be used to estimate three-dimensional ground displacement fields in mining areas with large-gradient displacement and phase decorrelation.     

Rule-based soft computing for edge detection

In this paper, we present a robust rule-based edge detection method. Although generalized edge detection approaches are effective for most images they often fail in others. Thus the goal of our method is to provide more reliable edge detection results that are effective in most images. We implement the proposed method as follows: (1) transform RGB images to YCbCr format, (2) apply Sobel mask in four edge directions (horizontal, vertical, diagonal, anti-diagonal), (3) apply a bi-directional mask in four edge directions (horizontal–diagonal, vertical–diagonal, horizontal–anti-diagonal, vertical–anti-diagonal), and (4) detect rule-based edges by calculating membership degrees. Simulation results demonstrate that the proposed method is effective in most given images. We used three benchmarks approaches (Canny edge mask, high-pass filter, and Sobel mask) to compare the subjective performance quality.     

基于边缘检测的斜纹布匹瑕疵检测

为了对布匹瑕疵进行快速准确的检测,提出了一种基于边缘检测的新算法。利用布匹图像中瑕疵与正常纹理产生的纹理边缘,将布匹瑕疵作为正常纹理的边缘检测出来。利用Sobel算子的方向性,分别对织物疵点在水平和垂直方向进行增强,计算出RGB图像中水平与垂直方向的梯度后进行边缘检测,通过图像融合和二值化完成最终检测。实验证明,该方法准确性高并且检测速率大大提高。     

基于单目视觉测量运动物体速度的研究

为了实时准确地测出运动物体的速度,提出了一种基于单目视觉测量运动物体速度的方法。该方法采用便携式摄像机对运动小球进行视频采集,以VS2010平台下的开源库OpenCV为开发平台,利用帧差法对运动目标进行检测。所设计的测速算法能够实现对运动小球的水平速度和垂直速度的检测。实验证明,所提测速方法能有效地测出运动物体的速度,且准确度比较高。     

基于投影直方图匹配的双目视觉跟踪算法

为了在机器人机械手双目视觉伺服系统中跟踪并精确定位目标的空间位置,提出了一种利用投影直方图匹配和极线几何约束的目标跟踪方法。分别在2个视觉中人工标定目标,并提取目标在多颜色空间的水平、垂直投影直方图作为匹配模板;在一个视觉中利用目标的运动一致性原则和投影直方图匹配搜索并跟踪目标;在另一个视觉中依据双目视觉系统的极线几何原理限定目标搜索范围,搜索并定位目标。该方法利用水平、垂直投影直方图描述目标的结构信息,同时完成了双目视觉系统中的目标跟踪与配准功能,有利于目标的精确定位和视觉测量。实验结果表明,该方法可在双目视觉系统中有效跟踪目标,运算效率高,鲁棒性强。     

Optimal Vibratory Stick-Slip Transport

We describe a vibratory part transport mechanism that utilizes both static and dynamic friction to linearly transport parts in a horizontal direction. We derive a horizontal driving profile for the feeder surface that maximizes the steady-state velocity of parts on the surface subject to acceleration limits on the surface. Experiments verify the predicted transport behavior. We then derive the optimal feeding motion for a surface that can move in both the horizontal and vertical directions.      

基于图像畸变校正的车轮踏面区域提取

为了实现踏面缺陷部位面积的精确测量,提出了一种基于图像畸变校正的车轮踏 面区域提取方法。首先采用改进的彩色图像标记分水岭初次分割侧视视角踏面曲面图像,然后 根据踏面曲面图像横向和纵向畸变的不同特点顺次进行平面横纵坐标几何校正并在此过程中完 成踏面区域的二次分割与视角转换,最后得到踏面正视视角矫正图像。实验结果表明,该方法 可以准确分割并校正侧视视角踏面图像,为实现踏面缺陷面积的精确计算打下基础。     

纸张平整度视觉精密测量系统

针对纸张平整度测量,研究和提出了基于四步相移法的面结构光三维测量方法.首先,DLP投射正弦条纹图像到待测纸张表面,光栅条纹以1/4周期为步长平移扫描.然后由相机采集经待测纸张表面形貌调制后的结构光分布信息,并利用四步相移法获取结构光图像的相位主值.最后采用多频外差原理实现解调,获得绝对图像相位的解调信息,经相位与高度之间的映射关系得到纸张高度信息并重建出纸张表面形貌.采用纸张表面点云高度坐标的极差和标准偏差对其平整度进行定量评价.实验结果表明,测量精度达到0.1mm,测量时间小于2秒,其稳定性和测量精度能够满足纸张平整度的测量要求.