新型移动机器人激光测距雷达的研究

研制了一种新型的基于激光结构光三维视觉技术的移动机器人模块化测距雷达样机,并提出了多平面靶标的转轴现场标定方案,为实现其对周围环境的扫描测量,首先标定线激光器与网络摄像头的相对位置,利用三角法测量激光交线到摄像头光心的距离。然后标定舵机转轴与摄像机的相对位置,并将旋转的激光交线坐标,统一到一个世界坐标系下,实现扫描测距。三维测量实验中,相对误差0.31%,系统测量误差小于4%。实验证明该样机测量精度高,成本低,具有广阔的应用前景。     

线结构光扫描传感器结构参数一体化标定

为了精确快捷地标定线结构光扫描传感器的结构参数,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想结合L-M非线性优化算法能快速精确地完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点完成对线结构光平面精确标定。文章还介绍了如何获取激光交点以及精确提取交点坐标的方法,通过设计相关实验验证了本文方法的可行性,使系统精度优于24μm,能满足实际测量要求。     

三视角线激光三维人体尺寸视觉测量系统的研究

针对服装行业中大批量量身定制,满足不同体格的人体尺寸测量需求,实现测量生产一体化,研究并实现了采用三视角线激光结构光的三维人体尺寸测量系统;该系统采用张氏标定法标定多个摄像机,并将求得的标定矩阵统一到一个摄像机下,然后对采集得到的扫描光条图像进行滤波去噪,光条细化等处理,最后实现测量目标的三维重构;实验结果表明,该系统成本较低,操作简便,测量精度能够满足制衣用人体尺寸的要求,具有较高的性价比,有广阔的市场前景。     

SMT封装电路板三维在线检测技术

为了检测回流焊接之后SMT( Surface Mount Technology)封装电路板是否存在缺陷,设计并搭建了基于线结构光传感器的SMT封装电路板三维在线检测系统,通过线结构光扫描测量,获取SMT封装电路板表面三维数据。采用双传感器测量技术,有效减少数据丢失;研究了双传感器统一标定技术,可同时实现两个传感器的参数标定和坐标系统一。提出了自适应光条中心提取算法,对反射或散射影响而形成的光条图像噪声具有很好的抑制效果,能够提取准确的光条中心。实验表明系统测量精度可达到0.02 mm。系统测量得到的三维数据,可以为在线检测SMT封装电路板缺陷提供可靠的三维信息。     

基于线结构光的三维坐标测量技术研究

传统的口腔修复体三维点云数据测量技术难以满足精度要求。为此,提出一种基于线结构光的三维坐标测量方法。在摄像机标定过程中,采用最小二乘法计算光平面方程,使用平移扫描和旋转扫描获取物体表面三维数据,以避免求解摄像机内外参数。实验结果表明,重建后的三维模型可以满足高精度近景三维测量的要求。     

结冰风洞内气象参数标定方法研究

通过研究结冰风洞内常用的结冰气象参数标定方法,提出了适用于小型结冰风洞的简单标定方法。利用该方法对引射式结冰风洞内的液态水含量、水滴平均有效直径、云雾均匀性进行了标定,并在霜状冰条件下获得了试验冰形。对比试验冰形与数值计算结果可知,所采用的参数标定方法准确、有效,可满足工程实际要求。     

线结构光传感器参数现场标定方法

为了精确、快速、高效地标定线结构光传感器参数,提出了一种线结构光传感器参数现场标定方法。根据摄像机标定方法,并结合L-M非线性优化算法对摄像机内外参数及镜头畸变系数进行标定。拍摄不同姿态下的平面靶标图像,利用靶标图像计算摄像机外参计算靶标上的圆点在摄像机坐标系下的三维坐标,并构建靶标平面方程。将激光线投射到不同姿态的靶标平面上,通过靶标平面方程计算出激光线上点在摄像机坐标系下的3D坐标,由不同位置重构出激光点在摄像机坐标系下的3D坐标来完成光平面参数标定。通过对摄像机参数、畸变系数和光平面参数的标定,重构目标物体进行测试。测量结果表明:该算法能够快速、准确地获取小车车体的三维坐标,并构造出车体的三维模型。该方法适用于大视场的工业现场标定。     

基于双目视觉的三维测量方法

研究工业设备检测问题,为提高工业检测的效率,研究了激光线扫描与双目视觉相结合的零件测量方法.测量系统中两台摄像机成一定角度布置,线结构光投射到工件表面产生变形的激光条纹,作为形状表面测量标志线.为提高设备检测精度,系统标定中采用普通的电脑液晶显示屏作为标定模板,液晶屏中显示按规律变换位置的平行直线束图像,摄像机进行同步...     

结构光视觉传感器现场标定几何法研究

与基于交比不变性求解特征点坐标来标定激光平面的方法不同,本文提出了一种可适用于未知环境的线结构光三维视觉传感器现场标定的新方法,该方法只需简单几何知识,就可直接利用几何方法实现快速标定。通过拍摄一个与线结构光相交并以不同姿态随机自由移动的平面靶标的图像(至少三幅),就可同时实现三维视觉传感器CCD和激光平面的快速标定。该方法方便,快捷,简单,可实现自动化,标定精度高。实验结果证明了该方法的方便和有效性。     

人工神经网络在激光三维测量系统中的应用

在激光三维测量系统中,应用人工神经网络技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射,修正系统的非线性误差.在线状激光三维扫描技术中,用面阵CCD摄像机摄取图像,用前馈型人工神经网络对二值化后的图像进行变换,可直接得到物体轮廓线的二维坐标;在点状激光三维扫描技术中,用线阵CCD采集深度坐标,用前馈型人工神经网络对深度坐标进行非线性修正.用这种方法无须测定仪器结构参数,能自动修正镜头的几何畸变,方法简单,实用性好.     

三维全身扫描仪的建模仿真

随着计算机全面进入3D时代，三维全身扫描系统对社会的价值越来越显著，获取人体表面的三维几何信息，是建立3D人体模型的先决条件。该文提出了一种基于结构光方法的三维全身扫描仪的系统仿真方案，使用3D Studio MAX软件仿真得到虚拟扫描头运动形成的带激光条纹的图像序列，最后用仿真数据进行三维重建。关键步骤包括用自适应阈值法提取激光带中心，深度图像的获取，以及多扫描头数据的融合等。实验取得了满意的效果，获得了人体的完整轮廓线，验证了系统仿真方案的合理性与高效性。     

动态环境下的激光条纹中心线提取方法

线结构光三维视觉测量技术最关键的一步是提取出结构光图像中的激光条纹中心线;针对动态测量环境下激光条纹图像存在复杂背景信息、激光光强分布不均、光带各部分宽度差别大、激光条纹断裂等问题,文章研究了一种适用于动态测量环境的激光条纹中心线提取方法;首先通过图像预处理以及自适应裁剪算法提取出感兴趣区域(ROI,region of interest);其次通过改进型伽马校正(IGC,improved gamma correction)以及改进型变阈值大津阈值分割算法(IVT Ostu,improved variable threshold)分割出激光条纹区域;然后使用二维灰度重心法(TD-GBM,two-dimensional gray baryeentric method)提取激光条纹的初始中心线;最终使用二次优化算法对初始中心线进行优化,精确地提取出激光条纹中心线;实验结果表明,相比于灰度重心法、Steger法等算法,文章所提方法受背景干扰以及激光条纹质量的影响较小,能够在多种复杂情况下更精确地提取激光条纹中心线,满足准确性高、稳定性强以及实时性好的要求.     

快速线结构光中心提取算法

在线结构光三维测量系统中,结构光中心提取的速度和精度直接影响到系统的整体性能。基于几何中心法、方向模板法和灰度重心法,提出了一种快速提取结构光中心的算法。首先,先对图像进行预处理,通过几何中心法快速提取结构光中心作为骨架;然后,提出了一种基于位置的法线判断法求取骨架法线方向,与常用的方向模板法比较,在速度上有了大幅度提升;最后,对骨架法线方向上像素进行灰度加权,从而精确提取结构光中心。实验结果表明,该算法不仅在速度上有很大提升,而且精度也达到了亚像素级别。     

线结构光光条中心提取算法

目的 线结构光视觉测量是一种利用可控光源和数字图像的主动视觉测量方法,光条中心提取是线结构光视觉测量的关键技术,直接影响到线结构光视觉测量的精度。传统灰度重心法只在图像的横向或纵向上计算光条的灰度重心,没有考虑光条的法线方向,精度较低。本文提出一种改进的光条中心提取算法,以期实现光条中心的精确提取。方法 在分析线结构光的光条灰度特性基础上,基于传统的灰度重心法,提出一种改进的两步提取算法。基于图像差分法从原始图像中分离出有效的线结构光光条,采用传统灰度重心法对光条中心进行粗提取;在粗提取的光条中心点处通过自定义的方向模板确定光条的法线方向,以粗提取的光条中心点为中心,沿法线方向采用灰度重心法进行二次提取,获取线结构光光条的中心。结果 本文采用CCD相机、镜头、线激光器及辅助机构搭建线结构光视觉系统,采用提出的算法对线激光器投影产生的直线型光条、非连续光条和弯曲光条的中心进行提取。通过光条中心提取实验获取的光条中心线的走向与光条的走向大致相同,符合预期的光条中心线。本文将Steger法作为评价标准,分别计算本文算法、传统灰度重心法与Steger法提取的光条中心的偏差,通过对比实验可知,本文算法提取的光条中心的偏差更小,并且程序运行时间比Steger法减少了3 s以上。结论 本文研究线结构光的光条中心提取算法,对传统灰度重心法进行改进,能够实现直线型光条、非连续光条和弯曲光条等不同形状光条的亚像素级中心提取,并且在保证较少的程序运行时间的同时,能够提高传统灰度重心法的光条中心提取精度。     

等高线形状变化规律的研究

为了准确地从地图上获取地形高程信息,在对等高线形状的变化规律进行深入研究的基础上,首先从理论上论述了等高线形状变化的相似性规律;然后根据该规律研究出了描述等高线相似性传递的2维整体内插模型;最后利用该模型分析了现有的图形内插算法,并提出了基于物理场概念的等高线相似性传递模型.为了验证该模型的应用效果,分别对一模拟数据和一实际等高线数据进行了实验,实验结果表明基于物理场概念的等高线相似性传递模型不受初始等高线形状限制,在初始等高线光滑性较差时也能够有效地获取描述3维地形高程起伏变化规律的等高线信息.     

Real-Time Range Measurement Device for Three-Dimensional Object Recognition

This correspondence describes a real-time range measurement device for detecting the range, shape, and position of a three-dimensional object by a light stripe projection method. The device consists of a light stripe projection unit, a light stripe scanning control unit, a TV camera, a signal processing unit, and a microcomputer. While a laser light stripe is projected and scanned on an object at a high speed, range measurements and their calculations are done with special hardware. Range data are obtained by triangulation. This device can detect the range and shape of the object placed in a 60 cm square area at a distance of 100 cm in 490 ms by 48 × 50 points. The measurement accuracy of the device is ±2.0 cm. A sorting system for machine parts using this device has also been developed. By use of a unique range gating method, the system can discriminate three types of machine parts on a conveyor belt in 4.0 s.     

基于线结构光和足底扫描的足部参数测量研究

针对现有足部轮廓三维重构方法精度低,鲁棒性差,成本昂贵且不符合实际足部生物力学研究要求等问题,设计了一种利用光学测量技术实现无接触式足部参数测量的系统。该系统一方面通过对足底扫描图像处理,构建足底轮廓点云,分割足底压力区域,计算足底相关参数;另一方面利用线结构光技术,重构足面轮廓,将足底轮廓点云与足面轮廓点云在系统规定世界坐标系内融合,形成完整足部轮廓点云,根据定义计算足部围度等足部系列参数。通过搭建相应硬件平台对多组人体足部进行测量,实验结果表明系统能够快速、精确地完成足部三维重构,具有很好的鲁棒性。     

A high-sensitivity 3D shape measurement method using a microscope

Optical microscopes generally have magnifications ranging from several tens to several thousands and they are often used to observe micro-specimens. Three-dimensional (3D) shape measurements of specimen surfaces are used in a wide range of fields including medicine, pharmacy, life science, and materials science. Conventional methods invariably employ 3D measurement techniques that involve adjusting the focal length of a microscope, which requires a complex automatic adjustment mechanism. Furthermore, since the depth is determined by controlling the focal length, 3D measurements have a low sensitivity. To realize a 3D measurement system with a simple configuration and a high measurement accuracy, we propose a high-sensitivity 3D shape measurement method that employs a microscope and is based on a pattern projection technique. The measurement system consists simply of a conventional optical microscope, a line laser, and a computer. The 3D measurement method employs slit pattern projection. A slit pattern produced by the line laser beam is projected onto the target surface and a reflected image is obtained using a camera installed on the microscope. 3D shape information of the target is obtained using image processing based on the triangulation method. We obtain 3D shape information of the target surface by scanning the slit projection pattern across most of the target surfaces by translating the stage on which the specimen is mounted. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

3D coordinates measurement based on structured light sensor

This paper mainly discusses several challenges in exploiting a structured light sensor to realize 3D coordinates measurement: a practical and flexible sensor structure is proposed with accuracy analysis, a very robust and accurate line extraction method is adopted to localize the center of the light stripe under considerable disturbances, the invariance of double cross-ratio based method is used to obtain enough accurate calibration points and a novel planar target based calibration method is presented. An application system of the structured light sensor for tyre inspection is set up, and the real online measurement results show that the application system has good repeatability and accuracy.