基于点云处理的小型工业零件高度精密测量

针对很多小型工业零件存在微米级测量的需求,提出了一种点云多次滤波与平面拟合相结合的测量方法。以上下平面平行的规则直三棱柱体工件作为测量对象,使用3D线激光传感器获取工件的点云模型并传输到计算机中进行处理,将点云数据首先通过统计滤波剔除噪声和离群值;其次利用体素滤波降采样精简点云数量;然后采用直通滤波分离出工件点云的上下表面;再分别对上下表面的点云通过随机抽样一致性（RANSAC）算法拟合出平面方程;最后计算上下平面之间的间距即为被测工件的高度信息。将该方法测得的高度与激光三角法原理测得的高度数据进行对比,结果表明,该方法测量精度提高了72.33%;同时对于不同的点云密度,利用所提出的方法进行测量,测得当降采样中体素立方体的边长为15cm时（点云数量精简了98.3%时）测量的误差最小,最小能达到5.1。该方法大大提高了工件的测量精度,可以广泛应用于工业测量中。     

基于M估计算法的三维点云平面拟合方法研究

通过激光传感器获取的三维点云难免混入噪声和异常点,导致点云平面的拟合精度降低。为解决该问题,本文提出了一种结合M估计样本一致性(MSAC)算法和主成分分析(PCA)法拟合点云平面的方法。该方法首先通过MSAC算法去除点云数据中的异常点,获得较为理想的点云平面,然后使用PCA方法对保留的点云数据进行平面拟合,以获取更加精确的点云平面参数。使用电池托盘作为被测物,应用3D线激光轮廓传感器扫描被测物并将点云数据传输到计算机进行处理。通过设定的仿真数据和电池托盘点云数据进行实验,发现本文方法与随机采样一致性(RANSAC)结合PCA、最小平方中值(LMedS)结合PCA的方法相比,在耗时接近的情况下,能够显著降低异常点对点云平面拟合的影响,获得更精确的平面拟合参数。对两个部分的电池托盘点云滤波处理后进行平面拟合时,能够发现本文方法与其他两种方法相比,标准差分别降低了28.6%和22.5%%、24.0%和29.0%,该方法具有较高的平面拟合精度和实用性。     

线结构光点云粗拼接方法研究

针对点云拼接需借助点云信息几何特征的问题,基于结构光测量系统模型,提出一种通过提取图像站位信息的方法,解算两图像站位下点云信息的相对位置关系来完成点云的粗拼接。首先,介绍了结构光测量系统的模型,并采用平面靶标的方法对测量系统中的摄像机与激光器的光平面进行精确标定;然后,对光条信息的提取和无约束点云拼接算法进行了研究,通过对二维图像特征点的处理计算出测量系统不同站位下的坐标变换关系;实验结果表明,该方法可对物体表面信息进行有效测量,可将误差降至6.052 mm。为点云精拼接技术提供了支持,并为点云拼接技术在逆向工程检测、三维形貌恢复及目标识别等方面的应用提供了理论依据。     

三维点云分割的交联聚乙烯电缆接头参数测量

针对现有参数测量方法难以对交联聚乙烯电缆接头各参数进行有效测量的问题,提出了一种基于三维点云分割的电 缆接头参数测量方法。 该方法先用半径滤波及随机采样一致性(random sample consensus, RANSAC)算法对复合式三维扫描仪 获取的电缆接头点云进行噪声点去除及坐标摆正预处理。 其次,使用 RANSAC 算法对电缆接头点云进行圆拟合,并根据区域 交界处相邻拟合圆半径方差之比的突变特性实现粗分割,得到多个包含区域交界点的局部点云。 然后,使用主成分分析法对局 部点云进行法向量估计,并根据小片点云轴线夹角在区域交界点处的跳变特性及自适应阈值算法,得出各条状点云上的区域交 界值。 接着,对多个条状点云所得同一区域交界值进行统计分析实现电缆接头点云的精分割,完成参数测量。 对多根电缆接头 进行的测量实验结果表明,所提方法的绝对误差小于 1. 0 mm,相对误差小于 4%,说明了该方法用于交联聚乙烯电缆接头参数 测量的有效性与准确性。     

基于几何仿射与注意力的三维激光点云分类

三维点云分类和分割对于三维重建和自动驾驶等技术的发展具有积极的推动作用。三维点云数据具有无序、不规则和稀疏等特点，因此三维点云分类和分割的研究面临诸多挑战。PCT分类网络采用标量注意力机制提取三维点云局部特征，具有良好的三维点云特征学习能力，在三维点云分类和分割任务中表现出先进的分类精度。然而PCT在对三维点云数据进行下采样时忽视了其稀疏性对几何结构所产生的影响，从而无法充分地提取局部特征致使三维点云分类和分割精度下降。针对该问题，本文提出一种基于注意力机制的三维点云分类分割网络GAM-PCT，具体地，GAM-PCT网络采用了向量注意力机制对单通道特征的权重进行调节，利用减法关系和邻域位置编码对三维点云邻域求取注意力特征，同时在对整体点云下采样时插入即插即用的几何形状仿射（GAM）模块来解决三维点云局部区域的稀疏性问题，进而提升网络的分类准确率。实验结果表明，与PCT三维点云分类和分割网络相比，所提出GAM-PCT网络在数据集ModelNet40上的分类精度提升了0.3%，而在ScanObjectNN数据集上的分类精度提升了1.9%，在ShapeNet数据集上的分割平均交并比值提升了0.2%。同时在网络参数量和FLOPs指标上分别降低了0.31 G和0.69 M。实验结果表明改进后网络的复杂度得到了简化，充分验证了改进方法的有效性。     

向量拟合在滚筒洗衣机箱体模态参数识别中的应用

本文利用单位脉冲响应构造Hankel矩阵,通过奇异值分解得到频响函数的拟合阶数,运用向量拟合法对频响函数进行拟合。根据拟合得到的极点计算出模态参数。最后给出了用向量拟合法识别洗衣机箱体侧板模态参数的结果,表明了向量拟合法在模态参数识别中的可行性。     

基于迭代最小二乘的平面标靶点云去噪方法初探

平面标靶在三维激光测量作业中起到公共点的作用,标靶点云数据的有效提取和高效去噪对测量目标的点云数据总体质量影响较大。鉴于此,提出了基于迭代最小二乘的平面拟合方法去除标靶噪声,并以此为基本原理利用MATLAB编写了平面标靶点云去噪程序。实验中,分别采集了方形和黑白扇形两种标靶的点云数据,然后用程序进行了降噪处理。降噪成果分析表明该方法能够有效去除标靶噪声,提高了标靶点云数据的可靠性,为进一步提取平面标靶中心点坐标提供了理论基础。     

改进稠密双目匹配算法在输电线路基础三维重建的应用研究

三维扫描技术具有准确性强、精度高等优势,在工件尺寸测量、体积测量等方面得到了初步的应用。然而,针对输电线路基础这类大尺寸、低纹理特征的对象,其获得的三维点云较为稀疏,匹配精度还存在一定问题,测量精度无法达到特高压电网建设的要求,应用还存在一定难度。为了解决上述问题,论文建立双目摄像系统的数学模型,通过改进的Census变换和高斯加权操作提高图像匹配代价计算的精度,结合基于纹理信息的图像边缘保留滤波方法,计算得到目标表面的稠密点云,实现了三维表面重建。通过对220千伏电网基建工程进行三维测量实验,实验结果表明论文提出的三维测量方法和系统,测量误差低于1mm,满足输电线路工程基础质量设计和验收规范要求,能够广泛应用于电网基建工程基础验收等环节,提高验收精确度。     

DAISY 和 LBP 描述符结合的三维点云粗拼接方法

针对三维点云拼接需借助点云信息几何特征的问题,采用 DAISY 描述符和 LBP 描述符结合的方法提取相邻测量站位 重叠区域图像特征,解算出相邻测量站位坐标系之间的位置变换矩阵,从而将多测量站位的三维点云数据初步转换至同一坐标 系中。 首先,介绍了边缘检测和 DAISY 描述符的构建;然后,通过欧氏距离对相邻图片特征点进行匹配,根据匹配点之间的关 系解算出不同站位下的坐标转换关系。 实验结果表明,该方法在不使用其他辅助工具的前提下可以较好实现三维点云数据粗 拼接,为点云拼接技术在三维重建和逆向工程等领域的应用提供了理论依据。     

永磁体磁特性参数测量分析方法的研究

本文以奈形永磁体为研究对象,研究永磁体磁性参数（剩磁、矫顽力）的测量分析方法。该测量分析方法分为两步,第一步通过磁场测量系统采集得到永磁体外部空间磁感应强度,采用数据压缩算法对采集的数据进行处理,把处理后的数据点作为特征点;第二步建立永磁体三维有限元模型,在建立有限元模型时,对永磁体剩磁和矫顽力设定一个初始值,通过有限元软件仿真计算,得到永磁体在特征点上的磁感应强度的计算值,通过将采集的特征点值和模型计算值做比较,得到误差的大小,当误差大于设定的范围,修正模型的剩磁和矫顽力值,重新仿真计算,判断误差的大小,如此迭代直到误差小于设定的范围,迭代过程结束,这样就得到了永磁体的剩磁和矫顽力。本文所提出的方法对已充磁的永磁体磁性参数（剩磁、矫顽力）的测量具有一定的实用价值。     

瞬时无功功率理论坐标变换的推导及谐波电流检测原理分析

在矢量空间中建立了三维坐标系,对赤木泰文提出的瞬时无功功率理论所用的坐标变换进行了推导,通过空间坐标变换得出了2个等价的三维坐标系,并经过严格的数学推导得出了上述三维坐标系的变换因子,解决了瞬时无功功率理论的系数推导问题,直接得出了表示三相不对称系统的零序量。用旋转相量的理论解释了基于瞬时无功功率理论的瞬 时空间矢量谐波电流检测法的基本原理,文中的分析对理解 和改进该谐波电流检测法具有指导意义。     

有功无功对三电平中点不平衡的影响

在原有空间矢量中点电位分析的基础上,分析了中点偏移和波动与三电平变流器有功功率和无功功率的关系。将中点电流表达式Park变换到同步旋转的d,q坐标系中,然后分别分析d轴(有功)和q轴(无功)对中点电位的影响。先利用仿真分析得出结论,然后再通过实验验证结论的正确性。实验结果表明,有功功率主要影响中点电位的偏移,无功功率主要影响中点电位的波动。     

簇模型CaO(001)面上吸附汞与氯化汞的密度泛函理论研究

采用电荷自洽方法，以嵌入原子簇Ca9O9为模型，采用量子化学的密度泛函理论，对汞与氧化汞气体分子在CaO(001)面上的吸附进行了研究。计算表明，汞垂直底物表面吸附，只能与氧原子配位，吸附能为19．649kJ／mol，吸附高度为3．168A，属于较弱的物理吸附。氯化汞分别进行了垂直与平行底物两种构型计算，吸附能分别为23．699kJ／mol，87．829kJ／mol，吸附高度分别为3．289A，2．973A，说明氯化汞平行底物吸附为稳定构型，属于化学吸附。通过与相关的煤燃烧实验进行比较，结果比较吻合，表明量子化学的理论计算是筛选汞等痕量元素有效吸附剂及反应机理研究的一种有效方法。     

三相电压型PWM整流器的仿真与实验研究

分析了三相PWM整流器基本原理,建立了在三相静止坐标系以及两相旋转坐标系中的数学模型.采用电压电流双闭环控制以及空间电压矢量PWM技术构建了控制系统,探究了负载变化对系统的影响,以及整流器能量可逆的原理.最后通过Matlab/Simulink仿真进行了验证,并搭建了基于TMS2812-DSP的实验平台.仿真及实验结果均...     

基于最优投影圆锥底面的罐口位姿测量方法

为了引导并联机器人装料过程中的自动对位,提出一种高精度的罐口位姿双目测量方法。通过图像预处理提取罐口图像上下边缘亚像素点,建立空间圆双目投影椭圆锥模型,在世界坐标系下构建椭圆锥底面,通过成像椭圆轮廓像素信息与椭圆锥底面之间的映射关系,寻找最优圆锥底面所在坐标系得到目标姿态,利用姿态修正计算对应真实圆心像素所在位置,用双目三角测量法得到世界坐标系下的圆心三维坐标。针对空间圆投影二义性问题,提出利用罐口沿口消除二义性。经仿真和实验验证,算法精度高且能满足大角度姿态测量,实验测量姿态的最大误差为1.8°,真实圆心像素提取最大误差为0.98 pixels。方法无需任何辅助测量和约束条件,有效提高了装料过程中的自动化效率。     

厚金属板与任意方位圆柱线圈间的电磁力计算

针对一个交流电激励的圆柱线圈倾斜放置于金属板上方时,它们之间的电磁作用力无法以传统方法进行解析计算的问题,引入高阶矢量势求解该问题,并采用矢量分析和Struve函数化简,可得到适用于任意方位圆柱线圈的二重积分表达式。所得结果表明任意方位圆柱线圈至多受到两个方向力的作用。在线圈轴垂直或平行于导电板的特殊情形,表达式可进一步简化为单重积分,而线圈将只受垂直力的作用。随后以数值算例对给出公式的有效性进行验证。数值结果表明,对于线圈轴的某个倾角,垂直力分量周期均值可以为零,而水平力分量周期均值将在某个倾角处达到最大值。当线圈通以直流电时,仅当金属板的磁导率与空气磁导率一致时线圈才不受电磁力的作用。     

支持向量机的关节坐标测量机最佳测量区研究

测量时将小尺寸被测工件置于关节式坐标测量机的最佳测量区(即测量误差最小的区域)内,用低精度测量机可实现高精度测量.为了获得最佳测量区,给出了测量机的测量空间;运用支持向量机的方法建立了空间误差分布模型;讨论了两种最佳测量区方案;最后通过实验求解了最佳测量区并进行了验证,结果表明位于最佳测量点P1处的锥窝计算距离平均值为...     

基于Kinect的三维重建技术在三维显示中的应用

三维显示技术能为用户提供更为真实的感官效果,在很多领域具有潜在的应用前景,现在高速发展的美容行业更是如此.提出将三维重建应用到高科技美容产品中,实现人脸检测结果的二维显示到三维显示的转换.首先需要对从Kinect获取的数据做预处理,包括修复、插值,再与彩色数据一起插值并进行2D、3D转换以实现数据对齐,最后将数据滤波并进行前后背景分离,利用PCL点云库进行点云显示.实验结果表明,基于Kinect的三维重建技术能够较好地恢复人脸的三维模型.     

改进Sammon映射算法在分析暂态稳定评估输入特征有效性中的应用

基于机器学习技术的电力系统暂态稳定评估方法中,输入特征提取的是否合理往往决定了最终的分类效果。然而,目前却缺乏一种工具去评价选择的输入特征是否具有可分性。鉴于此,引入Sammon映射算法将高维样本数据映射到低维空间中,通过观察映射点的分布情况判断提取的特征是否有效,并针对原算法的不足之处进行改进。首先利用主成分分析法(principal component analysis,PCA)求出包含原始数据信息最多的前两维主成分向量,代替原算法随机取值的方法,作为映射点坐标向量的初始值。然后,采用迭代修正法求解最终的映射点坐标向量,加快了求解速度。最后,以改进Sammon映射算法作为工具,分析IEEE 39节点系统的仿真数据和某地区实际在线历史数据提取特征的有效性,证明该算法在指导特征选择中具有良好的应用前景。     

关于谐波及无功电流检测方法的综述

谐波电流的检测方法有许多种，所以有必要对各种检测方法做一比较，以便充分利用每一检测法的特点。针对建立在瞬时无功功率理论的基础上的瞬时无功和谐波电流检测算法存在的矢量变换复杂，物理意义不明确的缺陷。建立了谐波及无功电流检测系统闭环、开环的统一模型。统一模型揭示了检测系统的本质。谐波及无功电流的检测是通过抽取基波有功电流，然后，从负载电流中减掉基波有功电流来获得。基波有功电流的检测过程实质是在旋转坐标系下的低通滤波。本文提出了检测电路等效低通滤波器的优化设计方案，研究了等效滤波器的阶数、截止频率对检测系统动、静态特性的影响。最后，通过仿真和实验的验证。