多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。     

采用双相机结构光三维测量技术解决遮挡问题

针对单目结构光投影三维视觉测量系统固有的相机遮挡问题,给出了基于相机—投影仪—相机系统模型的结构光三维测量方案,并阐述了测量系统的测量原理和实现方法。系统建模时将相机—投影—相机系统看作是两个独立的相机—投影仪三维视觉测量系统,在分别得到被测对象的三维数据后,通过采用全局坐标统一方法得到同一空间坐标系下的三维点坐标。该方法可以得到较高精度的全局测量结果,重复测量相对误差约0.2%。     

基于虚拟双目立体视觉的空间圆柱轴线测量

为了精确获取空间中圆柱的轴向向量,基于虚拟双目立体视觉设计了以摄像机坐标系为测量坐标系的被动式线结构光平移扫描测量系统.探索出基于光平面旋转相交于圆柱三维点云进而判断圆柱轴向量的计算方法,通过三维点云投影到二维图像平面分析数据避免了求三维曲率,简化了计算量.通过对柴油机缸盖表面圆孔的测量试验表明该方法具有较高精度,且方法简单.     

基于结构光的白车身面差三维测量方法

针对白车身测量面差特征存在人工测量精度差、效率低、难以满足工业应用领域中精密测量的需求等问题,提出了基于结构光的白车身面差三维测量方法。该方法通过线激光投影至被测区间并对采集的图像亚像素提取光条纹中心,得到解算后的三维点云,在面差特征点识别过程中将斜率差值极大值点作为面差特征点,采用RANSAC算法进行基准直线拟合。分析结果表明,该三维测量方法精度较高,可以代替人工测量,能满足整车厂对面差特征测量精度的需求。     

工件特征点三维坐标视觉测量方法综述

针对工件上特征点的三维坐标视觉测量方法进行了综述,其中包括结构光方法、激光自动聚焦法、双目视觉方法、三目视觉方法、单目视觉方法等.对每种方法的特点及其测量精度进行了详细的分析,并介绍了目前的发展及应用现状.     

基于双目视觉的工件尺寸在机三维测量

由于传统测量方法及仪器设备无法满足在机实时检测工件三维尺寸的要求,本文基于双目立体视觉视差原理,搭建了一套可在车间现场操作的在机测量工件三维尺寸的视觉系统.首先,介绍了改进的基于平面圆靶标的双目视觉测量系统标定方法.然后,用阈值分割算法从背景中识别出待测工件,采用Canny算子和多边形逼近法提取工件轮廓和轮廓关键特征点,并在极线约束的特征点匹配算法基础上,提出一种基于灰度相关的密集型精匹配算法,获得了工件边缘轮廓关键特征点云的三维坐标数据.最后,对匹配所得特征点云进行数据处理和特征拟合计算,得到了工件的关键尺寸.在车间数控机床上对有斜面及孔结构的工件进行了在机测量实验,结果显示,该系统检测精度达±1.3％以上.     

空间圆几何参数的非接触高精度测量方法

分析了空间圆透视投影的数学模型 ,并建立了点的空间三坐标立体视觉测量数学模型。提出了一种基于立体视觉的空间圆几何参数的非接触测量方法 ,根据极线约束求出空间圆在双目立体视觉中的对应匹配点 ,后投影到三维空间求出边缘的实际坐标 ,采用基于空间三维圆最优拟合求取空间圆的几何中心的三维空间坐标和圆半径等几何参数。该方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测量误差 ,提高了基于视觉方法的空间圆几何参数的测量精度     

光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

基于机器视觉的接触轨几何参数测量方法

针对现有地铁接触轨几何参数测量方法存在误差大、效率低的问题,提出一种基于机器视觉的接触轨几何参数测量方法.该方法结合双目视觉和结构光技术,通过将结构光投射到接触轨表面,得到结构光光条图像,提取光条中心线并与另一台相机的光条图像中心线匹配,得到光条中心在实际空间位置的信息,最后在中心线中提取测量位置特征点,以特征点坐标信息反映接触轨几何参数.以上述测量原理为基础设计了接触轨几何参数测量仪,并在试验中进行精度测试.试验结果表明,该测量仪在不同的距离下,测量精度能达到1 mm,同时具备良好的测量稳定性,能够满足实际现场的测量要求.     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

实时Web图形应用中的选择性场景传输

为了解决实时Web图形应用中大型场景数据传输所需时间长的问题,提出一种选择性场景传输算法.通过对需要传输的模型和纹理信息的最终显示贡献进行定量分析,给出了每个对象或每个面片的视觉重要性的度量,并在此基础上设计了选择性传输场景中模型和纹理的算法,给出了基于图形硬件绘制方法的实现.原型系统的实验结果表明,该方法可以在保持用户图形质量的同时减少等待时间,并作为一个有力的工具来提升实时Web图形应用的性能.     

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。     

A low cost 3D shape measurement method based on a strip shifting pattern

We present a simple, low cost but fast 3D shape measurement method. There is no limitation on the object's material and texture. We use a projector to project a strip shifting pattern on the object, and a digital camera to record videos of the scene. The distortion of the strip shadow on the object is used to get the object's 3D information. A novel space-time edge finding method is introduced to position the shadow edge accurately. This edge finding method overcomes the effect of inter-reflection and high light. Using this space-time information, we can calculate the pixels' 3D coordinates. To get the 3D shape of an object with black texture, we improve the black strip pattern to a 3-color strip pattern. The bad data are filtered by a post-processing 3D filter, which makes full use of the neighborhoods' geometric constraints and the view point constraint. Meanwhile, our measurement method is fast, regardless of the complexity of the shape.     

频域时空图像测速法的图像滤波器敏感性分析

时空图像测速法是以河流表面图像中测速线为分析区域、通过检测合成时空图像的纹理主方向计算得到一维时均流速的测量方法,具有空间分辨率高、实时性强的特点。在实际应用中纹理主方向的检测精度难免会受到水面紊流、倒影、耀光、障碍物、降雨等环境扰动的影响,导致测量出现粗大误差。频域滤波技术是一种抑制噪声的有效方法,能显著提高时空图像的纹理清晰度。但现有研究在滤波器参数的敏感性分析方面存在不足,使得该方法的适用性受限。对此通过在水文站搭建在线视频测流系统采集了不同条件的河流水面视频数据,分析了6种典型场景下时空图像的空域及频域特性,进而开展了频域扇形滤波器方向角、通带夹角及半径参数的敏感性分析实验。实验结果表明：采用提出的椭圆形积分区域检测方向角优于现有的单像素宽直线;当设置通带夹角为±5.3°且半径为R/2时,滤波器在上述场景下均能有效地滤除噪声干扰。使得时空图像纹理主方向的检测精度在正常场景下达到0.1°,在复杂含噪场景下控制在0.5°以内,表面流速测量的相对误差小于6.2%。     

纹理映射技术在织物场景仿真系统中的应用

讨论了计算机生成真实感图形的纹理映射技术,结合织物场景仿真系统,提出了一种快速、有效的纹理映射方法;给出了织物场景仿真系统中纹理映射的实现过程,并对其中图像预处理、反走样、像素点颜色合成等与产生逼真仿真效果相关的技术,给出了详细的实现方法或算法.在Delphi7集成环境下进行了编程.仿真研究表明,使用本方法建立的场景仿真系统,可以使织物设计者在设计之初检查织物的应用效果,同时普通顾客也可方便地按照自己的喜好选择织物,因而本方法具有广泛的应用前景.     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测。仿真结果表明:在忽略空蚀的条件下,同一转速下水膜承载能力基本随着网纹深度的增加先增大后减小。试验结果表明:合适的网状纹理表面织构能够有效改善水润滑轴承的润滑条件,进而提升轴承摩擦磨损性能;在试验低速条件下间隔5 mm、深1.5 mm的网纹织构能够有效促进摩擦表面形成润滑水膜,从而大幅改善摩擦表面的润滑条件,降低约22%的摩擦因数和约38%的磨损量,同时高速工况下该网纹织构仍可降低磨损量。     

一种多尺度时频纹理特征融合的场景分类算法

场景分类目前是机器视觉领域的一个研究热点,为了解决该研究领域中分类特征的提取问题,提出了一种多尺度纹理描述子(MSTD)特征。首先,采用小波变换,获得图像在时频域上的多尺度纹理视觉全局特征信息,之后提取反映局部细节的局部二值模式(LBP)特征,在时频域上进行融合,生成多尺度纹理描述子特征,以此作为图像分类的依据,最后采用支持向量机(SVM)作为分类器进行场景分类。在4个标准数据集上进行测试,实验结果表明,该方法具有较高的分类正确率,对室外场景的分类正确率都在84%以上。所提出的分类方法充分考虑了全局特征和尺度信息,增强了单层特征的区分度,有效地改善了分类的精度。     

基于法布里-珀罗干涉仪的太赫兹波波长测试方法

太赫兹波波长的测量在其科研和实际应用中显得日益迫切和重要。阐述了由两个平行的金属网栅构成的Fabry-Perot(F-P)干涉仪测量太赫兹波波长的原理和方法,对金属网栅的参数设计原则进行了论述,从理论上分析了此方法的可行性,并根据此原理推出了计算太赫兹波线宽的公式。设计制作了测量92.9μm赫兹波的金属网栅。为太赫兹波波长测量和谱线线宽估算提供了理论参考。     

Evaluation of pavement surface texture significance and measurement techniques

It is generally agreed that the skid resistance of a pavement is controlled by the surface texture characteristics. Therefore, by measuring the relevant parameters describing texture, or by measuring a physical process dependent on texture, regression techniques can be used to relate skid resistance to the chosen texture parameter or process. Two scales of texture are of particular importance: microtexture (small-scale asperities) and macrotexture (largescale asperities).In this paper work performed at the Pennsylvania Transportation Institute at the Pennsylvania State University is described and is given in two parts: (1) a review of candidate macrotexture and microtexture measurement methods that can be made at highway speeds (at or above 65 km h^?1), which are presently used or have potential for use in pavement texture research, with a recommendation of the more promising methods for further development, and (2) a summary of the effects of pavement surface texture on skid resistance.