光学投影式三维形貌测量技术

技术开发单位北京理工大学技术简介光学投影式三维形貌测量技术是一种非接触、高精度、快速获取被测物体三维形貌的技术。基于该技术开发的测量系统由硬件和软件组成:硬件部分包括小型化条纹投射装置、高分辨率数字CCD相机和控制电路等;软件部分由北京理工大学自行编写,具有仪器控制、图像采集、分析和可视化等功能,并嵌套采用了相位解包裹专用算法。     

双CCD光栅投影法测量物体三维轮廓技术

为了实现物体三维轮廓的高精度测量,使用双CCD采集被物体调制的光栅图像,将四步相移法与图象编码法相结合对采集到的图像进行处理,得到物体上各个点的相位变化,根据相位变化求出物点相对于参考面的高度,从而获得物体的三维轮廓信息.实验表明,此方法测量信息获取完整,可以测量陡峭或不连续的物体,测量误差在0.05 mm以内.     

基于双目视觉跟踪的三维拼接技术

为了扩大三维面形测量的视场,提出了基于双目视觉跟踪的三维拼接技术。采用了两套双目测量系统,一个为全局的跟踪系统,一个为测量系统。在测量系统上固定一个7×7棋格靶标作为中介,将每次测量系统测得的物体三维点坐标转换到统一的全局坐标系下完成拼接。测量系统采用的是投影格雷码结构光加上双目视觉原理的方法获得物体三维点坐标,实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

一种应用相移法的三维形貌测量方法

为了测量物体的三维形貌,通过投射正弦光栅,采用四步相移法求得包裹相位;运用质量引导路径解包裹方法对包裹相位进行解包裹处理,得到正确的相位值;最后通过三维重建获得物体的三维形貌。用人脸面具进行试验。结果表明:通过该方法能正确、清晰地呈现所测物体的三维形貌特征。     

基于可见光的三维图像处理技术

多频投影条纹是一种光学形貌测量技术。利用多频条纹投影技术,针对实物建立了被测物体模型,实验表明:该测量技术具备实时快速、全场测量以及无损测试等众多优点,同时还具有非常高的精度,能对不连续物体进行三维形貌测量,高精度还原被测物体的真实三维形貌。     

空间编码三维视觉传感器的研究

本文介绍了空间编码三维视觉传感的结构与测量原理,并针对它在测量物体的三维信息中所存在着的投影点和像点的对应不够准确的问题,提出了一种三维视觉传感用的结构光空间编码的新方法,解决了被动视觉传感匹配难的问题.通过投影仪将一空间编码图片投射到物体表面,经物体几何形状调制的图案被面阵CCD摄像机接收,然后通过计算机测控系统就可以得到物体三维信息.实验结果表明:采用此种空间编码新技术,仅用一幅图像且不需对摄像机进行标定就可以对物体三维信息进行动态测量.     

结构光三维测量系统的点云精度分析

点云质量是结构光三维测量系统中一个非常重要的部分,通过对单片点云的精度和点云拼接的效果两个方面对点云质量进行评价。首先由相片的参数和标定板上标志点的像点坐标计算出标志点的三维坐标,与重构出的点云进行比较计算空间点精度;通过对标定板进行重构进行平面度误差分析;再将各片点云用专业的拼接检测软件进行拼接,生成误差和精度报告。反复实验表明,采用PHOTOSCANSHOP结构光三维测量系统获取的单片点云有较小的误差,整体拼接能达到较好的效果。     

基于逆向工程技术的不规则几何体体积测量方法研究

利用逆向工程技术（逆向工程软件与三维激光扫描设备相结合）对不规则的棱纹形几何结构体进行了三维激光扫描,得到了不规则体的三维点云数据.在此基础上,利用CATIA软件对该结构体进行了三维实体建模,并测得了棱纹形不规则实体的体积值.为了进一步验证该方法的可行性和测量精确度,利用相同的方法测量并得到了球缺体的体积.利用球缺体的体积计算公式计算出了球缺体的实际体积值,对比两次得到的体积值.结果表明,基于逆向工程技术的体积测量法的测量精度达到了96.92%.由此说明,该方法对不规则几何体的体积测量具有重要的实际应用价值,且测量精度较高.     

利用背负式移动激光扫描系统测绘地下空间地形图

针对传统测量地下空间作业方法效率低等问题,选择苏州工业园区测绘地理信息有限公司地下停车场为试验对象,利用背负式移动激光扫描系统获取原始扫描数据,应用Indoor NavPrep,Infinity以及Aotumatic Processing软件对原始扫描数据进行预处理,使用Cyclone软件对点云模型制作横切切片图,在CAD软件环境下绘制1∶500地形图,并进行点云精度质量分析和作业效率对比.研究结果表明,利用背负式移动激光扫描系统满足1∶500地形图测量精度要求,外业作业效率远高于地面三维激光扫描仪与全站仪.     

光栅相移精密控制系统的设计与应用

投影栅相位法是三维轮廓测量的热点方法之一,主要用于测量物体表面三维形貌和离面变形位移场等。根据投影栅相位法三维测量原理,提出了一种实现光栅相移精密控制的方法,详细阐述了整个装置实现控制的过程。通过对实际物体的测量,证明了该方法的有效性。将实验结果用于三维图像的重构,得出的物体三维图像表明：此种方法可以完好地实现投影栅相位法对物体的测量,其测量数据准确、测量过程可靠,并且大大提高了投影栅相位法的测量效率。     

细丝直径的数字图像测量算法

介绍了细丝直径测量系统的构成,阐述了应用数字图像处理的方法对细丝直径进行高精度图像测量的算法。用求刻度线频率的方法得到标准刻度尺的单位刻度像素长度;对细丝图像进行二值化,根据细丝的方向求取细丝直径的像素长度;通过单位标定,得到细丝直径的测量值。与使用螺旋测微器得到的测量值进行了比较,结果表明,基于数字图像处理算法的细丝直径图像测量方法具有精度高、测量速度快等特点。     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。     

CCD图像的轮廓特征点提取算法

采用最大方差法将图像二值化,用图像形态学的梯度﹑细化和修剪算法来提取边缘轮廓,利用十一点曲率法得到轮廓的角点和切点的大致位置。提出了一种基于最小二乘拟合的改进算法,来进一步确定角点和切点,并对轮廓分段识别。该算法应用在基于图像处理的刀具测量系统中,实际结果表明具有良好的抗噪声性能,能准确提取出图像的特征点。     

基于LabVIEW的亚像元成像实验平台设计

亚像元图像融合方法是一种提高遥感图像分辨力的有效方法,通过融合两帧对同一目标成像的、错开1/2像元的亚像元图像序列,得到分辨力更高的图像。本文以电控直线导轨、面阵CCD探测器、图像采集卡为硬件,基于LabVIEW开发控制软件,搭建了亚像元成像实验平台,实现了采集亚像元图像序列的功能。通过测试实验证明,该系统采集的图像配准精度极高,为下一步研究亚像元图像融合算法打下了良好的基础。     

基于图像技术的钢球表面缺陷检测研究

针对钢球表面缺陷检测系统的需要,设计了基于钢球表面缺陷图像的检测程序,用LabVIEW开发了图像处理模块.通过对钢球表面缺陷类型的图像特征分析,确立了一套比较适合于点子缺陷类型的图像识别方法.实际应用表明,此图像处理程序能很好地进行点子缺陷提取,同时也为其他类型的缺陷检测打下了基础.     

三维编织复合材料断层剖面图像分析

为了充分了解三维编织复合材料的细观结构特征，建立真实的细观结构模型，以为其力学性能的研究提供方便，文中采用数学形态学的基本运算对三维编织复合材料的断层剖面图像进行了处理，提取出了清晰的编织纱线轮廓，并与几种传统的边缘检测方法进行了对比．结果表明，数学形态学图像处理可以更有效地检测三维复合材料断层剖面编织纱线的边缘特征．     

虚拟仪器技术的软磁材料动态磁性测量系统

软磁材料的动态磁性通常采用电磁感应方法进行测量,测量设备中的硬件积分器是决定测量精度的关键部件.为了提高测量精度和测量的自动化水平、节省硬件资源,基于虚拟仪器开发技术,利用LabVIEW图形化开发平台和分析函数库设计了软磁材料动态磁性能测试系统,实现了磁性测量过程中数据的快速采集、处理、分析和测量结果的显示及存储,尤其是采用数值积分代替硬件积分,为软磁材料动态磁性的快速测量提供新的方法.     

采用数字图像相关法的人体测量

为了能够快速重建三维人体点云数据,提出并实现了一种基于数字图像相关法的快速人体测量技术。首先搭建由彩色相机、黑白相机和散斑投射器构成的人体测量系统,采用光束平差法完成系统的总体标定。控制散斑投射器与黑白相机同时触发,在散斑结构光投射的瞬间,黑白相机采集带有散斑图案的人体,彩色相机拍摄真实人体图像。应用数字图像相关法完成图像匹配,用双目立体视觉解算出人体点云,多视场点云自动配准最终得到完整的三维人体点云数据。实验结果表明,扫描得到的人体数据完整,细节特征保持且速度不足一秒,可以满足人体测量的要求。     

典型接头的机器人视觉传感图像处理技术

针对国内现有的弧焊机器人视觉传感图像处理系统通用性、鲁棒性差而无法满足实际焊接过程焊缝跟踪需要的现状,以Panasonic-TA1400六自由度弧焊机器人为试验平台,构建了典型接头机器人视觉传感硬件系统,并基于LabVIEW语言开发了视觉传感通用图像处理系统.运用二维小波变换技术对典型接头焊缝图像进行了降噪和边缘检测处理,既有效滤掉了背景噪声,又基本完整地保留了激光光带的边缘.而在激光光带中心线抽取和焊缝特征点检测方面,采用了逐行(列)快速搜索和逆序快速查找数组最大值方法,简单有效,同时兼顾了精确度和速度要求.试验表明,整个图像处理方法效果良好,能够满足后续跟踪系统实时性要求.     

MIT中的一种基于全相位的IQ正交相位解调算法

针对MIT系统相位解调过程中信号非整周期采样以及奇异点对相位测量精度的影响,提出一种基于全相位的IQ正交算法,该算法通过对测得的数据进行全相位处理,再进行正交变换,从而有效提高了信号解调精度.通过实验表明,相对传统IQ正交算法,该算法能够降低信号非整周期采样以及奇异点对相位测量精度的影响,且计算复杂度低,运算速度快,能对相位差进行更为实时精确的测量.