基于MEMS结构光投影模组的三维重建

为克服在传统结构光相移法三维重建技术实际应用中存在的问题,进一步提高三维重建效率和重建精度,提出一种借助微视传感公司开发的MEMS结构光投影模组实现三维重建的方法。方法使用串口通信方式控制红外光投影模组,与搭载特定红外光带通滤光片的CCD相机同步实时采集光栅图,从而提高图像采集效率和降低实验环境要求。对于黑白条纹过渡不均匀的问题,提出高斯滤波和中值滤波的方法,对相位光栅灰度调制图滤波处理,实现相位包裹图噪点去除,使相位展开更平滑。最终三维重建通过四步相移法实现。实验表明,本方法有效提高了三维重建效率以及点云的精度。     

基于光栅投影的相位解相方法研究

为了获取光栅畸变相位图中包含的物体三维信息,笔者将采用三频外差的相位解包裹的方法去实现。三频外差的解包裹方法是先通过三组不同频率的相位图像分别两两差值计算获得一次解相的图像,再将一次差值图像进行二次差值进而还原出含有畸变相位图像中的三维信息。通过实验验证:利用三频外差的计算方法简洁,能够快速恢复出的点云信息含有三维形貌特征。     

基于单幅光栅条纹图像的钢轨表面三维重构研究

针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移动。利用推导的相移公式直接求取包裹相位变化量,并解包裹得到连续相位分布。将连续相位代入相位高度映射关系,获得轨面高度分布,重构钢轨表面三维形貌。利用传统Stoilov五步相移法重构钢轨表面。通过对仿真结果的对比分析并结合实际情况,该方法能够很好地实现钢轨表面的三维重构,并且误差小于Stoilov五步相移法,运行速度较快,更适合在线检测。     

基于Kinect深度图像的三维重建

随着机器视觉理论的发展和硬件技术的进步,三维重建在生产、生活中的应用越来越广泛,基于Kinect传感器的三维重建得到广泛的应用。针对于现有的Kinect传感器获得的深度图像深度信息丢失的问题,提出了一种新的基于均值滤波的方法对深度图像进行去噪,并对深度图像进行预处理,获取三维点云,用迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法完成点云的精确配准,从而得到配准后物体表面三维点云,并完成物体的三维重建。     

纸张平整度视觉精密测量系统

针对纸张平整度测量,研究和提出了基于四步相移法的面结构光三维测量方法.首先,DLP投射正弦条纹图像到待测纸张表面,光栅条纹以1/4周期为步长平移扫描.然后由相机采集经待测纸张表面形貌调制后的结构光分布信息,并利用四步相移法获取结构光图像的相位主值.最后采用多频外差原理实现解调,获得绝对图像相位的解调信息,经相位与高度之间的映射关系得到纸张高度信息并重建出纸张表面形貌.采用纸张表面点云高度坐标的极差和标准偏差对其平整度进行定量评价.实验结果表明,测量精度达到0.1mm,测量时间小于2秒,其稳定性和测量精度能够满足纸张平整度的测量要求.     

选择还原时间相位解包裹型数字散斑干涉技术

时间相位解包裹是数字散斑干涉技术中新近发展的相位解包裹方法。不同于传统的空间相位解包裹法,时间相位解包裹从时间维度对相位进行解调,可以对非几何连续的表面进行测量,以确定绝对相位值。针对传统时间相位解包裹算法因逐点还原相位造成运算时间较长的问题,通过对解包裹算法的研究,提出一种基于选择还原法的时间相位解包裹算法。对少量的相位点进行还原的结果表明,该技术大幅度减少了相位解包裹运算时间,提高了测量速度。     

基于Bayes理论的散斑三维重建方法

传统双目三维重建对纹理信息不清晰的目标物体存在误匹配率高、重建点云稀疏等问题。为此,提出一种新的散斑三维重建方法。将数字散斑和基于贝叶斯(Bayes)理论的稠密匹配算法相结合,对纹理匮乏的物体实现高精度稠密重建。介绍基于Bayes立体匹配与数字散斑相结合进行三维重建的原理,证明两种方法结合使用的可行性,并对多对双目组成的多测量头系统进行标定,将多测量头获得的点云拼接,形成物体的完整轮廓。实验结果表明,在物体距离多测量头系统500 mm时,采用Bayes立体匹配算法的三维重建匹配精度可达到0.08 mm,在不损耗重建效率的情况下,点云数量和点云精度都有明显提升。     

基于彩色结构光的实时三维重建

提出一种新颖的基于彩色结构光的实时三维重建方法RRCS（Real-time 3D Reconstruction based on Color-coded Structured light）,利用投影在物体表面的彩色结构光的彩色信息,快速准确地还原相位,计算出物体的高度,最终重建物体的三维模型。针对RRCS的特殊性,设计了基于拓扑排序的解相位算法,以及针对点线的快速三角网化算法。实验结果表明,RRCS对设备的要求低,效果较好,具备基本的实时性能。     

改进ICP算法用于多组图像的点云拼接与融合

随着计算机图形图像技术、机器视觉、虚拟现实技术等的发展,近年来,通过室外场景的序列图像进行三维重建的方法逐渐成为计算机视觉和图形学等相关领域的重点研究方向。但是,通常在图像的采集过程中由于受到测量设备和环境的影响,单次拍摄的序列组图可能并不能提取到足够的物体表面信息,导致不能够完成三维物体的重构,而不能为后续的目标识别和精确打击提供准确信息依据。针对此类问题,文中采用融合多组图像点云的方法,先利用彩色直方图匹配补充补拍图像序列,然后单独解算补拍组图的点云数据,再对不同点云的重叠部分利用改进的迭代最近点算法计算变换参数,最后进行融合处理,从而完成不同组图的点云数据间的配准和融合工作。实验证明,该方法能快速有效补充用于重构的点云数据,拼接和融合效果良好。     

信号博弈的三维重建形变识别算法

现有双目立体视觉算法常常需要双目相机位置固定,在现实应用中,这类算法难以重构空间三维几何关系.为此,本文提出了一种不受位置限制的多视角图像三维重建与形变检测算法.该算法首先采用sift算法获取成对图像的特征点,以获取形变前后比对点对图像的特征信息;其次,利用信号博弈方法确定图像拍摄时相机的空间位置与视角,以准确获取图像的空间位置坐标;再次,依据上述信息完成物体的三维点云重建;进而,利用三维数据信息比对实现物体形变识别.最后,本文利用真实物体的实验,验证了三维重建形变识别算法的有效性.     

相移法光栅投影3维物体表面重建中一种消除交叠的算法

光栅投影成像是3维物体重建和测量的重要技术。它将广泛应用于科学研究、生产、文化艺术、医学等各个领域。目前,这项技术的自动化程度较低,速度较慢。因此,对其研究具有重要的理论意义和实用价值。首先介绍了光栅投影成像和3维物体重建的基本原理,然后提出了利用光栅投影条纹编码、解码、相移技术和莫尔法相位解缠确定3维物体深度信息的方法。光栅投影条纹采用逐步二分的二进制7位码编码,相移采用间隔π48步相移的正弦相移技术。此外,还提出了一种算法以消除因光栅条纹图像发生交叠而造成条纹解码产生的错码。这种算法利用各幅条纹编码图像中条纹位置的相关性,通过对条纹边界线灰度值的迭代,实现交叠条纹的区分。该算法加快了条纹解码和相位解缠速度,减少了存储量,提高了自动化程度和测量精度。     

基于相位偏折术和图像处理的表面缺陷检测

针对工业产品中类镜面透明物体表面缺陷检测的问题,研究了基于相位偏折术和图像处理结合的检测方法;采用格雷码和四步相移法解算反射条纹图的绝对相位,将绝对相位转换为梯度后可视化即可得到缺陷图;分析缺陷图中后表面干扰产生的原因,提出采用图像处理的方法消除后表面反射干扰;该方法能保留前表面缺陷,过滤后表面干扰;实验结果表明,文章所提方法能够实现对类镜面透明物体表面缺陷检测,效果较传统明场检测有较大提升.     

多视图立体三维重建中的孔洞修复算法

为了解决多视图立体三维重建算法不能很好地处理弱纹理或无纹理及高光区域的重建问题,提出一种基于可见外壳与多视图三维点云有机融合的多视图立体三维重建孔洞修复算法.该算法以可见外壳及多视图三维点云为输入,首先提取出可见外壳内满足点云稀疏度约束的叶节点,然后利用可见外壳法向量射线约束去除包裹在三维点云外层的叶节点,最后通过加入三维点云曲面曲率约束来消除点云中凹陷区域的影响.实验结果表明,文中算法有效地解决了物体缺乏纹理区域表面的孔洞修复问题,使得最终生成的三维网格模型完整和平滑,具有参数可调、易于实现的特点,对于不同的模型都具有非常好的鲁棒性.     

MEMS/NEMS表面3-D轮廓测量中基于模板的相位解包裹方法

相位解包裹是使用相移显微干涉法测量MEMS/NEMS表面3-D轮廓时的重要步骤.本文针对普通的相位解包裹方法在复杂轮廓或包含非理想数据区的表面轮廓测量中的局限性,提出一种基于模板的广度优先搜索相位展开方法.通过模板的使用,先将非相容区域标记出来,在相位解包裹的过程中绕过这些区域,即可得到准确可靠的相位展开结果.通过具体的应用实例可以证明,使用不同模板可以根据不同应用的需要灵活而准确地实现微纳结构表面3-D轮廓测量中的相位展开.     

时间相位解包裹算法仿真与实验研究

为提高基于编码光栅的物体三维轮廓重构的精度,消除多频时间相位解包裹算法的相位跳跃性误差。采用一种改进的三频相位解包裹算法,通过相位与光栅节距的关系,实现了精准的相位解包裹。相比于传统方法和已提出的方法,提出的方法解相精度更高。通过仿真分析可得,改进方法展开相位无跳跃性误差,无需相位矫正,且在外加较大干扰的情况下也不会产生2π周期性误差,减小了相位解包裹的非线性误差。通过实验分析可得该方法实现了较高精度的物体三维轮廓重构。     

基于点云面的区域性三维重建及点云拼接*

目前基于点云面的三维重建方法中,重建的区域性选择存在着两个问题：重建区域过大会导致目标物体不明确,效果不佳,运行时间长;重建区域过小会导致目标物体不完整,信息丢失。针对重建窗口过大时,本文采用改进的snake的区域性重建算法,即通过轮廓提取只对窗口内的目标物进行重建;针对重建窗口过小时,本文采用基于投影面的点云拼接算法,即通过重建后的点云进行拼接的方法使目标物体恢复完整。以上两点改进弥补了点云三维重建及拼接时出现的应用局限性和不稳定性,减少重建时间,提高重建有效性,鲁棒性。     

基于傅里叶变换轮廓术的高速齿科三维扫描仪实现

齿科三维扫描仪是数字化齿科修复的重要组成部分,在种植、正畸、嵌体等齿科修复中发挥着数据获取的关键作用.为了实现三维口腔模型的高速采集,提出了一种基于傅里叶变换轮廓测量法的三维重建算法的牙科三维扫描系统.投射光栅图形到牙齿印模上,采集变形光栅图像,对相机捕获的变形条纹图像信息进行预处理,相位解包裹、三维点云重构和获取三维模型,实现了傅里叶变换轮廓术的高速齿科三维扫描仪.经测试,该扫描仪可在9秒内完成牙齿印模扫描,能达到10微米内的扫描精度,性能表现突出.     

基于三维激光扫描的物体重构建模

物体拍摄环境具有测量数据量大、物体外轮廓信息复杂等特点,采用当前方法能够获得物体精确的三维点云数据,但缺乏颜色和纹理信息,导致物体重构精度不高,真实感较差;为此,提出一种基于三维激光扫描的物体重构建模方法;该方法通过三维激光扫描技术获取物体点云数据,采用显式的欧拉积分方法对物体整个三维曲面进行平滑,依据三角生长法进行物体三维空间三角划分,将物体网格顶点向球面进行映射,由此构造物体三角网格模型,通过迭代最近点算法对物体非同步点云数据初步匹配结果进行精确配准,利用最近点搜索算法将经多视图立体视觉算法优化后的物体颜色信息和三维点云数据坐标相融合;实验结果表明,所提方法可以快速精确地建立物体三维重构模型,验证了所提方法的可行性。     

高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术

针对传统相移法在三维(3D)轮廓重建时相位展开耗时长和精度较低的问题,提出了一种新的高效率的三原色(RGB)格雷码编码方式对相位解包裹。用彩色摄像机分别拍摄经由物体高度信息调制后变形的正弦光栅图像,每幅光栅图片相移π/2;在正弦光栅灰度值最大处投射RGB格雷码对条纹定级;根据左右图像的相位展开值和双目视觉原理对左右视图进行匹配,恢复模型的3D轮廓。提出的方法在64级条纹之内将解码需要的投影条纹数量减少到3幅,测量速度和精度都有明显提高。将提出的方法应用在模型表面测量和标准球测量实验中,结果表明,提出的方法提高了重建速率且精度小于0. 03 mm。     

基于Kinect-v2的多视角三维重建实现

设计并实现了一种基于Kinect v2的简单快速、低成本实现三维重建的系统,适合离线操作且不受硬件设备限制,使用Kinect v2传感器获取不同视角的多片点云,分别将目标模型点云与周围场景点云分离并去除离群点云,利用RANSAC算法对相邻两片点云进行粗配准,将两两配准的ICP算法扩展到多片点云,设定角度阈值从两边向中间逼近的策略,减少累积误差,提高物体点云还原度,实现单个静态物体的三维重建。实验结果表明,本文在目标物较小重叠且结构特征不突出的情况下,仍能得到较好的三维点云模型,具有一定的实际应用价值。