金字塔光流三维运动估计与深度重建直接方法

针对基于图像序列光流的三维运动估计与深度重建问题,提出一种基于图像金字塔光流的三维运动估计与深度重建直接方法。首先根据光流计算亮度守恒假设和像素点光流与三维空间点运动的对应关系推导出基于图像亮度的三维运动守恒假设;然后借鉴变分原理,通过设计基于L1模型的鲁棒数据项以及图像与运动联合控制的平滑项构造基于变分光流的三维运动估计能量函数;为了应对图像序列中包含的大位移运动及运动遮挡问题,采用图像金字塔分层策略设计三维运动估计模型;最后根据图像三维运动估计结果重建图像中运动物体或场景的深度信息。实验表明,该方法能够较好地应对图像序列中光照变化、多目标大位移运动以及运动遮挡等情况,具有较高的三维运动估计与深度重建精度和较好的鲁棒性。     

基于光度立体视觉三维重构算法的微观磨损形貌原位测量原理及方法

基于图像的表面微观磨损形貌分析在磨损机理及状态分析中具有重要的地位,三维显微成像技术的应用已经将二维磨损形貌图像分析拓展到更丰富的三维分析领域.然而,从设备维护及故障监测的角度,在机或原位测量显然比上述先进测量更具吸引力,并且复杂、昂贵的先进表面测量技术至今无法打破其在机或原位测量的壁垒.针对现场检测与三维分析的需求,将光度立体视觉原理引入至微观磨损形貌的原位测量,借助便携式平面图像采集系统进行光学设计,提出一种采用多阴影平面图像的三维表面重构方法.首先,通过张正友标定法实现空间点由图像坐标系到相机坐标系的转换;然后,基于成像系统建立近场点光源模型,并由光度立体视觉算法求解表面法向量;最后,基于FC算法计算表面深度与高度信息,完成磨损表面微观形貌三维重构.基于上述方法,研制便携式图像采集与三维重构系统,分别对平面和曲面两类表面进行检测试验,并与共聚焦显微镜测量结果进行对比.测量与对比结果表明,截面曲线上特征点之间的高度差误差小于4.2％,截面二维参数误差小于10.9％,三维表面参数误差小于12.9％.上述工作表明,所提出的方法为机械设备部件磨损表面原位测量与分析提供有效的技术手段.     

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。     

基于Snake模型的特定人脸三维重建方法

以双目立体视觉为基础,构建一种特定人脸重建系统,提出基于Snake模型的特定人脸三维重建方法,利用已标定的摄像机拍摄立体图像对,采用肤色检测得到人脸区域。在对立体图像对进行摄像机畸变校正、立体图像对的外极线对齐、人脸区域选择及归一化等预处理后,采用金字塔结构相关匹配算法,在误匹配点数与精度两者之间达到较好的平衡。针对人脸提出能量最小化方程,考虑顺序匹配约束、连续性约束、曲线上各点曲率的估计和相关性约束条件,大大提高视差提取的正确率,解决了立体视觉中立体匹配的难点,成功地恢复出人脸的三维数据,实现特定人脸的重建。试验结果表明：基于Snake模型的视差抽取,并经过光顺处理和纹理映射后,除了脸部部分边缘存在一些变形外,主体部分的重建效果真实感强。该算法不需要结构光等设备,基本不需要人工干预,就能恢复出特定人脸的三维数据,效果好,实用性强。     

基于双重配准的机器人双目视觉三维拼接方法研究

针对机器人图像视觉视野不够开阔,不能获得全面障碍物信息的问题,提出了一种基于轮廓识别的三维重建与可变视觉三维拼接方法。对双目立体视觉系统拍摄的两幅图像中提取出的边缘点进行了边界跟踪,然后基于窗口灰度匹配法,对两幅图像上的像素点进行了匹配,来寻找双目立体视觉系统左右两幅图像中对应的像素点,重建出了障碍物的三维轮廓,并根据目标物体轮廓的连续性对三维轮廓进行了优化;在此基础上提出了基于双重配准算法的可变视角三维拼接方法,采用改进ICP算法对转换到同一坐标系下的两片三维点云进行了精确配准,并对拼接处进行了融合处理,从而得到了大视野的障碍物信息。研究结果表明:通过可变视角三维拼接方法重建的三维模型具有较高空间坐标精度,并且能够通过改变双目立体视角范围获取大视野图像,最大限度地满足机器人障碍物检测和路径规划的要求。     

立体视觉三维测量系统中的数据获取技术

提出了一种快速获得物体精确三维数据的新方法。该方法把三维视觉中的主动式与被动式数字化技术相结合，以立体视觉为原理，辅助以主动式密集结构投影光，有效地解决了立体测量的对应点匹配问题。主要针对该系统中的从图像数据获取技术，结合图像后续细化即实现图像目标边缘像素层层剥离的目的，提出采用基于图像目标边缘信息的小波边缘分析自动阈值法进行图像二值化，为本测量系统由二维到三维的快速数据转化的完全实现提供了坚实的基础。     

基于单目视觉三维恢复算法的微观形貌原位测量方法研究

工件表面微观形貌分析在机械加工及测量领域有着十分重要的作用。与二维形貌分析相比,三维形貌分析能够提供更全面的表面信息。然而,现有复杂、昂贵的先进测量手段始终无法实现原位测量。为了实现对工件表面现场检测和三维形貌表征,将基于单目视觉的SFS(shape from shading,从明暗恢复形状)算法及光度立体法应用至微观形貌原位测量领域,提出一种可以进行二维图像采集并进行三维形貌重构的原位测量方法,并对比两种算法在微观形貌三维恢复上的结果。基于上述方法,进行SiC工件表面三维形貌恢复试验,同时与共聚焦显微镜扫描结果比较。试验结果表明,相比于SFS方法,光度立体法重构结果更加准确,截线特征点高度差相对误差低于27.2%,截线二维参数相对误差低于32.8%,表面三维参数相对误差低于19.6%,为解决机械零件表面微观形貌原位测量难题给出了新的解决思路。     

基于图像增强的OLVF反射光磨粒图像分割算法

针对反射光磨粒图像中亮度过高和过暗部分难以识别的问题,提出一种基于图像增强的OLVF(On-Line Visual Ferrograph)反射光磨粒图像分割算法.对原始图像进行背景减操作,大致区分出磨粒部分;利用形态黑帽操作增强反射光磨粒图像,使图像总体亮度均衡.对增强后的图像应用Canny边缘检测操作分割出磨粒,利用...     

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。     

基于多幅图像的逆向造型方法初步研究

提出了一种由多幅图像初步恢复三维物体形状的方法。在共线光源（光源位于或接近摄像机的光轴上,并且照射方向平行于光轴）照射下,对置于旋转平台上的物体摄像;综合考虑所摄图像序列中包含的几何轮廓信息与光亮度信息,采用立体相交技术和剥离技术,逐步求精地得到三维物体的八叉树表示。这种初步的造型结果可作为其他更精确方法的基础。     

雕塑实体计算机视觉建模方法研究

计算机视觉3D重构方法是一种很有前途的几何建模手段。但对于常见的黏土、石膏雕塑模型、传统的计算机视觉算法并不适用,其原因在于缺少表面特征。这里针对这种情况提出了一种新的计算机视觉建模方法。这种方法与CAGD技术紧密结合,首先将物体表面分割为N边域曲面片,经由边缘线提取、匹配,重构出曲面片的边界曲线;然后通过反射模型,图象光亮度分析求出曲面片的跨界切矢;最后综合上述信息,构造出光滑的曲面模型。     

Line profile reconstruction from simultaneously recorded secondary and backscattered electron signals

We propose a reconstruction method of surface morphology using a combination of secondary and back-scattered electron signals from the scanning electron microscope (SEM). Compared with multiple-detector methods, the proposed system requires only conventional secondary and backscattered electron detectors for a line profile reconstruction in one direction. This method is an application of genetic algorithms to the measurement of surface morphology in SEM. We use the chi-square distribution of the reconstruction error as the objective function within a scheme to minimize the number of vertices in the reconstructed surface profile. (The reconstruction error is the relative difference between the calculated and experimental data.) To evaluate the efficacy of our method, a surface profile is successfully reconstructed from a pair of line scans across the center of a latex particle.     

自由立体显示器的视觉特性测量与研究

自由立体显示器不需要使用助视眼镜即可以正确观看立体对图像,由于使用了特殊的光学方法,使其视觉特性不同于普通的2D和3D显示器.本文根据立体显示器的特性建立了立体效果的评价方法和度量手段,使用立体度参数在显示器观看空间内的分布情况研究立体显示器的视觉特性,设计了专门的立体显示器测试装置,所得结果真实反映了立体显示器的视觉特性.     

基于HALCON的四光源光度立体法金属表面缺陷检测方法

为了提高金属表面缺陷的检测效率,提出了一种基于四光源光度立体法的检测方法。先用CCD相机采集4个不同空间角度的打孔金属试样图像。然后,利用HALCON算子,基于四光源的光度立体技术原理计算得到表面梯度图像,再将其转化为平均曲率图像。最后,把图像各点曲率值转化为灰度值,使用全局阈值分割出缺陷区域。结果表明,与经典光度立体法相比,四光源光度立体法能够准确构建图像表面梯度信息,利用图像平均曲率信息可以快速检测出金属表面缺陷。     

基于投影法检测光学元件面形的图形处理算法

基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法——投影法,能够快速准确地实现光学元件面形的在线检测,通过对采集图片的图像预处理,区域立体匹配分析,曲线拟合及面形实验等算法还原被测光学元件面形模型。实验结果表明,将这种方法用于检测光学元件可以真实还原光学元件三维外貌特性,具有实际应用价值。     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法,可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。通过插值即可快速得到符合行对齐原则的左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于0.8 pixel。水池实验采用事先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为2.8 mm,具有较高的测量精度。     

立体视觉中的图像立体匹配方法

图像立体匹配是立体视觉的核心技术,在三维重建、视觉测量及目标识别等领域中得到了广泛的研究和应用.根据立体匹配技术特点,图像立体匹配可分为三大类:局部立体匹配、全局立体匹配和半全局立体匹配.着重介绍了前两大类中典型的图像立体匹配方法.对各种图像立体匹配方法的匹配算法进行了分析研究,并对图像立体匹配方法的发展提出了一些建议.