基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术

为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量,提高三维测量速度,提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法.投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面,包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像,由相机采集经物体表面调制的变形条纹图.通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位.通过相机采集的三...     

不连续相位跳变点的三维深度分割

本文提出了一种简易的三维深度分割技术,该技术能够对存在突变表面的物体的不同深度区域进行分割。为实现该项技术,首先需要搭建由投影仪、相机和物体组成的深度分割平台。由投影仪向被分割物体投射一系列相移数字光栅;数字光栅经物体表面调制,被相机采集并存入计算机中待后续处理。将所采集的序列数字光栅进行顺序置换操作,依次获得三种序列的数字光栅组,通过最小二乘法对不同序列光栅组进行解相位并因此得到包裹相位组。包裹相位组经差分与相交运算后,可获得相交边缘;对相交边缘进行图像增强操作后即可对不同三维深度的不连续区域进行分割。仿真结果表明,对于900pixel×900pixel范围的复杂面型,该算法的分割偏移误差仅为2pixel。实验结果表明:该技术能够对多个不同深度的相似颜色物体进行精确的分割。因此,本方法具备低消耗,高精度三维深度分割的能力。     

基于DLP技术的刀具刃口检测系统

硬质合金刀具刃口是影响精密加工表面质量以及表面微观几何形貌的重要因素。针对目前测量过程中出现的问题,提出利用DLP技术来测量刀具刃口的三维形貌。其原理是用计算机产生正弦投影条纹,经数字投影仪投射到物体表面,条纹经物体表面调制产生变形,用CCD摄像机将变形条纹拍摄下来。再利用计算机进行相位场提取、相位去包裹,得到绝对相位值。最后经系统标定、坐标变换可得物体表面的三维数据基于数字条纹投射的光学3D传感器,这样能够很好很快地提取刀具刃口的三维形貌。     

微型牙齿三维测量技术与系统

为方便扫描牙齿等微小物体的三维形貌,设计了一套专门用于口腔内部直接测量的牙齿三维扫描系统,该系统利用数字光栅投影仪投射结构光,通过远心成像镜头将光栅图像缩小,经光纤传像束传输投射到待测微小物体上,同时采用电子内窥镜获取图像,最后重构出物体的三维形貌。实验证明,该系统切实可行,满足牙齿扫描的微型化、直接化、灵活性的需求,拓展了结构光微测量三维形貌的适用范围。     

一种基于相位的立体匹配算法

立体匹配是立体视觉中最为关键的一步,对立体视觉具有举足轻重的作用.为了能快速地进行立体匹配,该文结合极线约束和同一点相位相同特性,提出了一种新的基于相位的立体匹配算法.该方法首先根据极线约束确定对应点所在极线,再根据四步相移法得到图像的包裹相位,然后根据合成频率的相位展开方法提取相位,最后在该极线上找到相位相同的对应点.实验证明,与传统的极线最小距离方法相比,大大提高了匹配速度.实验结果验证了算法的有效性.     

一种改进的梯形双频相移相位展开方法

通过研究提出了一种改进的梯形相移相位展开方法，将原来方法折角线替换成正弦函数曲线，使得过渡区域更加平滑。所提出的方法的测量深度范围在相域内为6π,相较原来的方法提高了3倍。改进之后相移梯形的相移为2π,整个周期为6π。每个相移梯形被划分为6个区域，每个相邻区域点的强度值变化规律不一。得到3幅图像后，比较每一点在3幅图像中的强度大小，可唯一确定该点所在区域编号，同时可以求解出强度比r,其范围为[0,π]。结合强度比与所在点的区域值，可将r的相位值转化到一个新的相位域，这个相位域也就是相位包裹值[0, 6π]。改进的梯形相移条纹作为双频条纹中低频部分，高频部分只需两幅正弦条纹，相位展开后可以准确地获取绝对相位。仿真和真实实验也表明了该方法在三维成像中的性能。     

基于极线校正的快速相位立体匹配

基于双目结构的投影栅相位法利用相位值建立左右图像对应点匹配关系,但传统相位立体匹配方法匹配速度较慢,因此本文提出了一种基于极线校正的相位立体匹配方法来提高相位立体匹配速度。首先,通过极线校正算法将双目立体视觉几何结构转换成极线标准几何结构,即左图中任意一点在右图的极线是与该点纵坐标相同的水平直线。然后,在对左右相位图进行极线校正的基础上,给出了改进的相位立体匹配方法步骤。最后,通过对实物进行三维重建,分析比较了传统相位立体匹配方法与改进方法的性能。实验结果表明,与传统方法相比,改进的方法将匹配时间缩短了63%,能够满足工业应用对测量速度的要求。     

一种针对投影仪gamma效应的相位误差补偿方法

结构光的相移轮廓法具有非接触和效率高的测量优点,但是,由于投影仪的gamma效应影响,工业相机捕获的条纹像素值发生了畸变,导致计算出的相位值产生误差,降低了测量的准确度。针对这一问题,首先分析了相位误差的数学模型,对模型进行了进一步的研究;然后,利用得到的模型,设计了条纹图像的投射方案,将原条纹移相π/2,计算出原条纹和移相条纹的相位均值作为最终的相位,达到相差补偿的目的。最后,对条纹投射数量进行了优化。实验结果表明,所提方法无需计算畸变的γ值。相位补偿后,均方根相位误差降低了45.7%。     

单摄像机结构光扫描系统中投影仪标定技术

传统的单摄像机、单投影仪三维扫描系统,利用相位值计算被测物体的高度信息,可操作性差,且测量精度不高.将立体视觉的三维重构技术引入到单摄像机、单投影仪扫描系统,利用相位值实现投影仪与摄像机的匹配,根据双目视觉的原理进行三维重构,测量精度明显提高.该技术的关键是投影仪的定标,研究了基于相位匹配技术的投影仪标定算法,实验结果验证了该算法的可行性.     

基于立体视觉的大尺寸工业测量系统

针对工业制造领域普遍存在的大型物体全尺寸测量难题,提出并实现了一种基于立体视觉技术的便携式工业测量系统。该系统采用多个CCD视觉传感器,获取被测物体的多视图像序列,通过前方交会由二维像点坐标计算物体表面点的三维坐标。全局关键点测量由多目立体视觉系统完成,使用CCD相机从多个位置和方向拍摄物体,获得多目视差照片,由测量软件二维处理并完成三维重建。局部区域密集点云的测量由双目立体觉系统完成,左右两相机同步拍摄由投影机投向物体表面的编码条纹,测量软件自动进行立体匹配和三维重建后获得物体表面局部的密集点云。最后测量软件根据局部的关键点完成密集点云的坐标系转换。实验表明,该系统的测量精度达到0.1mm/3m,可以满足工业现场大尺寸测量对精度和效率的要求。     

一种基于相位法的彩色三维形貌测量方法

基于相位法的三维形貌测量。提出了一种建立被测物体彩色三维形貌的方法。该方法采用主动光源投射一组光强呈余弦变化的光栅。并由一台黑白CCD工业摄像机对被测物体拍摄从而实现三维形貌的重建;然后对被测物体进行三色光投射。同时黑白工业摄像机拍摄被测物体,通过对所得图片进行分析。实现被测物体的色彩恢复。实验结果表明,该方法能够快速准确的获得被测物体的彩色三维形貌,色彩度误差小,可有效解决黑白工业相机无法进行色彩捕捉这一问题。     

基于生物信息学中双DNA序列比对 算法的图像立体匹配及其实现

提出了一种基于生物信息学中双DNA序列比对算法的图像立体匹配新方法。图像立体匹配和生物信息学中双DNA序列比对的实质都是在匹配准则下搜索最佳匹配基元,因而新颖地将双序列比对算法引入图像立体匹配。首先介绍了基于动态规划的双序列比对算法原理及其用于图像立体匹配的实现方法,然后根据左右摄像机的最大视差是一个有限定值,进行了算法改进,极大地减少了计算量,并给出了VC6.0中的实现流程,最后采用4组不同的图像对进行了实验验证。该方法具有较低的计算复杂度和适宜于并行计算的特点,生成的视差图效果表明双序列比对算法为图像立体匹配提供了一个实用有效的方法。     

基于正面和侧面照片的三维人脸建模

通过对中性人脸主要特征点的调整得到特定人脸,这是计算机视觉领域最常用的方法.在二维数字图像的基础上,依据立体视觉的相关理论,测定出特征点的深度信息,然后交互地修正中性人脸特征点的位置,最后得到特定人脸的模型.     

An improved online dimensional measurement method of large hot cylindrical forging

The dimensional measurement of large forgings under high temperature plays an important role in product control. Cylindrical forgings belong to the important products in the forging workshop. In this paper, an improved online measurement method based on binocular vision for the dimensions of hot cylindrical forgings is proposed. Firstly, images of hot cylindrical forgings are captured by two CCD cameras, and the distorted light stripes projected onto hot cylindrical forgings can be resolved from the image by the deviated stripe model. Then, an accurate sub-pixel extraction algorithm of center points of the light stripes is developed for making the extraction of center points of the lights stripes more accurate. Moreover, for changing the field of view of cameras to measure different sections of forgings in the process of manufacturing, the fundamental matrix F is automatically calculated by matching the intersecting points of the projected light stripes in different images, without interrupting the forging process. Finally, experiments on measuring the diameters of hot cylindrical forgings in the workshop are conducted, and the experimental results indicate that the proposed measurement method is effective. Besides, an additional experiment in the laboratory verifies that the relative error of measuring diameters by the presented method is less than 0.7%.     

基于立体视觉和激光标记的空间物体位姿的快速定位算法

建立了一种4自由度双目立体视觉装置的传感器模型,根据空间两条相交射线唯一确定空间一点的原理,提出了在摄像机上加装激光源的方法,通过激光标记来解决目标物体上同一点在两幅CCD图像上对应点的快速匹配问题,从而很方便地求取目标物体的深度信息。最后,研究了目标物体空间位姿的图像定位算法,并通过确定的空间圆柱体位姿验证了该方法的正确性。     

基于视差与基线距相关三目立体匹配法

采用统计过程控制方法对二维图像特征点区域定位，并提取二维图像特征点。避免了提取二维图像特征点时，根据被处理图像的先验信息，利用试探方法确定阈值的局限性。在立体匹配时，将灰度相关系数小于最大灰度相关系数一定范围内的特征点作为灰度相关复峰初始匹配特征点集合。根据由正确匹配特征点组成的视差矩阵与对应的基线距矩阵存在极大相关性，从灰度相关复峰初始匹配特征点集合中确定唯一匹配特征点。通过对外形复杂的实际物体及已知精确三维坐标的标准工件的三维重建，证实了文中所提方法的有效性和可靠性。     

基于随机编码结构光的双目立体三维测量系统

基于双目立体视觉理论建立的三维测量方法具有非接触、大视场、较高精度以及实时性强等优点,因此在工业众多领域得到广泛的应用。立体匹配是实现双目立体测量的关键技术。为了提高匹配精度和鲁棒性,将一种随机编码结构光投射到被测物体表面,使物体表面具有丰富的纹理信息,从而使立体匹配不受自身表面纹理的影响,而且具有较强的抗外界噪音的能力,满足现场测量的要求。该方法仅需拍摄1次,完成一次三维测量仅需十几秒,因此能够应用到动态场景并且实现快速三维测量。     

一种改进的快速立体匹配算法

提出了一种改进的快速立体匹配算法。对于双目视觉系统采集的2幅图像,首先采用区域匹配算法进行初始快速立体匹配,再采用左右一致性检验剔除误匹配点,得到立体匹配的初始视差图。然后将初始视差作为图割法构图的限制条件,对初始视差图进行二值分割。最后对分割获得的前景区域和背景区域施加不同的限制,并通过修正能量函数,使构图网络大大减小,从而进一步提高了匹配速度。试验结果表明,该算法既提高了立体匹配速度,又保证了匹配精度。     

Calibration and analysis of eccentric error of the laser rotary-scanning measurement system

A laser rotary-scanning measurement system was developed for the reverse engineering of 360° objects. The system is constructed by an optical head and a rotary indexing. The optical head is composed of a laser diode strip-light projector and dual CCD cameras. Based on the principle of structured-light triangulation, a laser line is projected onto the object upon which the distorted line is captured by dual CCD cameras from left and right simultaneously. By processing a series of line fittings from the discrete angular positions of an object, the entire 3D profile can be reconstructed. Since the actual space coordinates of the object are computed according to the geometric relationship between the coordinate of optical head system and the coordinate of the rotary indexing systems, if these two coordinate systems are not in good alignment, errors in the computed coordinates will be introduced.This paper describes the influences of the alignment and eccentricity errors of the laser rotary-scanning measurement system on the computed geometrical profile. Calibration procedures are then proposed to adjust the alignment to avoid image distortions and thus enhance the system accuracy. Experimental results show that this easy-to-use calibration procedure can significantly improve the accuracy of the system.