基于粘性目标约束和外极约束的自由曲面三维轮廓术

准确地获取实体的三维信息一直是精密测试，CAD／CAM，机器人导向等领域的重要课题，本文提出了一种新的基于粘性目标约束和外极约束的自由曲面立体视觉测量方法，这种方法有效解决了立体视觉中的图像匹配问题，外极约束将可能的侯选点限制于直线分布，引入粘性目标用以确定光栅条纹的级次，这种方法极大地减小图像匹配的运算量，同时减小了错误匹配的概率，实现表明，采用光栅投影主动视觉传感器能高效准确地测量自由曲面的三维轮廓。     

数控激光扫描测量系统

概述了激光非接触测量在逆向工程中的应用，介绍了数控激光扫描测量机的组成与实现原理，分析了测量的流程，重点讨论了激光扫描测量机的标定、圆台校准以及测量与软件系统的实现。     

光学非接触三维形貌测量技术新进展

三维物体表面轮廓测量是获取物体形态特征的一种重要手段,在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制领域具有重要意义和广阔的应用前景.光学非接触测量由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法. 介绍了光学非接触测量方法中的光切法、基于调制度测量的原理及优缺点,重点介绍了光栅投射法的测量原理,并分析了其研究热点与发展方向.     

现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。     

汽车形貌三维曲面测量装置的研制

利用双目视觉测量技术,与三坐标测量机（CMM）结合在一起,开发了一种新型的汽车形貌三维曲面测量装置。该装置能实现大范围的非接触测量。实验结果表明：该装置精度能满足车门等曲面的测量精度要求。     

利用编码和极线约束相结合的方法实现工业摄影测量中的点匹配

提出一种利用编码和极线约束相结合实现点匹配的方法,该方法利用圆环式编码点作为识别码标识区域。此类编码点具有旋转、缩放、变形的无关性,测量点是与编码点中心圆斑大小一样的圆斑。针对大尺寸测量对象中点的匹配问题,本文提出了分区的思想。首先进行区域匹配,即粗匹配;然后利用极线约束匹配小区域测量点,即细匹配,这样就完成了整个匹配。试验表明该方法能够有效地降低数据处理时间,提高匹配率和自动化程度。     

双目CCD结构光三维测量系统中的立体匹配

在立体视觉中,比较了几种常见立体匹配方法,并针对存在的问题,提出了多种方法融于一体的高效立体匹配方法.首先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上,再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上;然后将畸变栅线图像由摄像机采集到计算机中,用解相光栅进行解相得到折叠在[-π,π]区间内的相主值,用所述结构光编码方法进行相展开得到相位的周期,二者相加得到真实相位值.利用插值算法将具有相同相位的点拟合成连续曲线,从而实现了两幅CCD图像相同相位曲线的匹配,再根据外极约束条件,得到两幅图像点的匹配.在反向工程中,用该方法对电话接线筒进行三维测量,实验验证了该方法进行立体匹配的高效性和准确性.     

基于编码光栅和外极线约束的曲面匹配算法研究

提出了一种新的基于编码光栅和外极线约束的三维曲面匹配算法,该算法有效解决了立体视觉中的图像匹配问题,即左右图像光栅条纹的对应关系确定问题。另外,采用外极线约束将可能的候选点限制在直线分布,即将查找范围由二维降为一维。这种算法极大地减小了图像匹配的运算量,同时减小了错误匹配的概率。实验表明,采用编码光栅投影与外极线约束的视觉测量能够准确有效地匹配出自由曲面的三维立体轮廓。     

非接触测量中激光扫描探头的研究

本文基于光学三角测量原理设计了一种高精度、多功能的非接触激光扫描探头装置,对该装置的性能特点进行了系统地研究,并用所设计的探头装置对几种不同的漫射面进行了实际测量,给出了实验结果,实验表明该装置精度优于2μm。     

磨粒三维测量的立体视觉方法

磨粒信息是评估接触表面摩擦学行为的主要依据。提出了一种基于普通光学显微镜的磨粒三维测量方法。该方法根据双目立体视觉的深度感知机理，利用光学显微镜模拟体视模式进行光学成像，并辅助相应的匹配方法和计算方法处理像对，来获取微粒的厚度尺寸，并根据高度分布重建了磨粒的表面形态。该方法有一定的实用性，开发了实际的测量系统，并给出了实验结果。     

复杂铸件的三维测量

针对复杂铸件尺寸大,结构复杂,槽、腔多,测量时需兼顾测量效率和槽腔可测性的特点,提出了一种大视场双目光栅测量子系统和小视场光栅测量子系统相结合的立体视觉测量方法。该方法使用前者测量复杂铸件的外部可测部分;使用后者测量复杂铸件的槽腔等被遮挡部分。建立了两个测量子系统的数据拼接模型,给出了数据拼接模型参数的定标方法。最后,通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明：该系统测量数据拼接的均方根误差（RMSE）为0.22 mm,满足复杂铸件测量的精度要求。相比传统测量方法,该方法兼顾了测量复杂铸件速度快和可以灵活测量槽腔等被遮挡部分的特点,对工程应用具有实际指导意义。     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

三维信息测量技术研究

将测量技术分为接触式和非接触式两大类,先介绍了接触式测量中的三坐标测量机的相关技术,再介绍了非接触式测量中光学和非光学测量所包含的几种主流的三维测量方法的原理,重点讨论了非接触式测量中光学测量方面的几种测量技术。     

基于单次成像的三维形貌拼接技术

针对大型物体的三维形貌测量,研究基于辅助靶标的三维形貌拼接技术,并在此基础上提出单摄像机单次成像求解转换矩阵的方法.该方法通过单摄像机单次成像,结合控制点的边长约束,求解出全局坐标系同局部测量坐标系的转换关系,进而将局部测量数据统一到全局坐标系下,实现拼接.此方法避免采用单摄像机多摄站测量时带来的繁琐操作以及产生的相关问题,大大提高拼接的速度,并且可以保证较高的精度.     

Algorithms for accurate 3D registration of neuronal images acquired by confocal scanning laser microscopy

This paper presents automated and accurate algorithms based on high‐order transformation models for registering three‐dimensional (3D) confocal images of dye‐injected neurons. The algorithms improve upon prior methods in several ways, and meet the more stringent image registration needs of applications such as two‐view attenuation correction recently developed by us. First, they achieve high accuracy (≈ 1.2 voxels, equivalent to 0.4 µm) by using landmarks, rather than intensity correlations, and by using a high‐dimensional affine and quadratic transformation model that accounts for 3D translation, rotation, non‐isotropic scaling, modest curvature of field, distortions and mechanical inconsistencies introduced by the imaging system. Second, they use a hierarchy of models and iterative algorithms to eliminate potential instabilities. Third, they incorporate robust statistical methods to achieve accurate registration in the face of inaccurate and missing landmarks. Fourth, they are fully automated, even estimating the initial registration from the extracted landmarks. Finally, they are computationally efficient, taking less than a minute on a 900‐MHz Pentium III computer for registering two images roughly 70 MB in size. The registration errors represent a combination of modelling, estimation, discretization and neuron tracing errors. Accurate 3D montaging is described; the algorithms have broader applicability to images of vasculature, and other structures with distinctive point, line and surface landmarks.     

大型自由曲面移动式三维视觉测量系统

本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统，用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式，并结合编码结构光技术，使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介，建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数，根据靶标上多个特征点求解出该矩阵，即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量，并进行拼接。结果表明，该测量系统操作简单，适用范围广；x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0．038mm、0．022mm和0．135mm。     

Calibration of laser beam direction for optical coordinate measuring system

For the purpose of measuring free form surfaces of some key parts in the aviation field accurately and effectively, such as blades, a non-contact optical coordinate measuring system is set up in the paper. A laser displacement sensor is mounted on the Z axis of a CMM via a turntable and adjusted to the suitable orientation according to the shape of the target surface. The combination of optical sensor and CMM can reach the full potential of them both. To enable the laser sensor to perform measurement in every direction, a calibration method used to determine the laser beam direction based on a standard sphere is proposed, the principle of which is analyzed in detail in the paper. In the calibration procedure, the sensor moves at an equal step along X, Y and Z axes respectively and then equation sets are established to calculate the unit direction vector of the line which the laser beam is on. In the process of solving the unknown quantities, a new parameter substitution method is applied. Finally, a gauging block and a sphere with known size are used to verify the method. As the experimental results show, the measuring errors in several directions are all smaller than 0.05 mm, which manifests that the calibration method proposed can meet the requirements of reverse engineering.