基于双目视觉的工件尺寸在机三维测量

由于传统测量方法及仪器设备无法满足在机实时检测工件三维尺寸的要求,本文基于双目立体视觉视差原理,搭建了一套可在车间现场操作的在机测量工件三维尺寸的视觉系统.首先,介绍了改进的基于平面圆靶标的双目视觉测量系统标定方法.然后,用阈值分割算法从背景中识别出待测工件,采用Canny算子和多边形逼近法提取工件轮廓和轮廓关键特征点,并在极线约束的特征点匹配算法基础上,提出一种基于灰度相关的密集型精匹配算法,获得了工件边缘轮廓关键特征点云的三维坐标数据.最后,对匹配所得特征点云进行数据处理和特征拟合计算,得到了工件的关键尺寸.在车间数控机床上对有斜面及孔结构的工件进行了在机测量实验,结果显示,该系统检测精度达±1.3％以上.     

采用相调制的三维人体图像采集与处理系统设计

根据投影栅相移法原理开发三维人体扫描仪,本文介绍了相位法的测量原理,设计出光学投影系统、相移机构及图像采集与处理模块构建三维人体测量系统.利用16位单片机搭建硬件控制平台并开发了相应的控制软件,利用VC++设计点云获取与数据处理模块.人体模型测量实验表明:该设计完全满足三维人体测量的需求,仪器具有体积小、操作方便、测量速度快、精度高等优点,且基于USB接口进行数据通信,具有通用性和移动性.     

基于结构光识别的核燃料组件关键尺寸测量技术研究

针对核燃料组件关键尺寸测量困难的问题,提出了一种基于结构光识别的核燃料组件堆芯管座间垂直阶差与水平间距测量方法。通过直通滤波算法去除与关键尺寸测量无关的冗余点云,利用统计滤波算法滤除离群噪点,基于RANSAC平面分割实现了管座特征区域点云的提取;建立了关键尺寸模型,基于最小二乘法拟合平面实现了管座间垂直阶差的测量;将三维点云投影至二维平面,以保留管座点云边界信息,并进行欧式聚类分割,在分离出不同管座点云的基础上提取出边界点,提出了一种基于RANSAC算法的点云测距算法,实现了相邻管座间的水平间距测量。实验结果表明,所提方法能快速精确地测量出核燃料组件堆芯管座间的垂直阶差与水平间距,并且使二者误差均保持在0.2 mm以内。     

采用光栅相位法的三维人体测量系统设计

依据相移法开发出便携式三维人体扫描仪,用于实现快速三维人体重建.阐述了光栅相位法测量三维物体的工作机理.设计出光学投影系统、相移装置及图像采集与处理模块实现人体三维测量功能.利用单片机C8051 F340搭建硬件控制平台并开发了相应的控制软件,利用VC++编制上位机程序控制三维测量系统,完成三维人体光栅图像获取及图像处理.人体模型测量实验表明:所设计的三维人体测量仪可在100ms内获取4幅变形光栅图像,经解相处理生成三维点云,通过曲面重构获取完整人体模型.测量仪具有接口方便、体积小、操作方便、测量速度快、精度高的优点,满足快速获取三维人体信息及模型重建的要求.     

矿用轴流通风机叶片三维几何模型反求重构

通风机叶片形状是影响通风机气动性能的关键因素,为了引进和吸收先进的矿用轴流通风机叶片设计技术,采用反求技术对其三维几何模型进行反求重构.首先,根据通风机叶片设计特点规划测量路径,应用三坐标测量机(CMM)对矿用轴流通风机叶片表面曲面进行测量,提取通风机叶片表面曲面的三维点云数据.然后,在反求软件UG中,利用最小二乘拟合曲线检查法对所提取的点云数据进行异常点的剔除,运用弦高-夹角综合法进行点云数据的精简.最后,采用非均匀有理B样条(NURBS)对各截面数据点进行曲线拟合,并使用通过曲线组生成曲面的方法重构了矿用轴流通风机叶片的三维几何模型,这对矿用轴流通风机计算流体力学模拟和叶片优化设计具有重要意义.     

基于双测量设备的涡轮精确逆向重构方法

针对车用涡轮增压器中涡轮的结构特征,考虑不同测量设备的特性,提出了一种采用两种测量设备构建涡轮精确逆向模型的方法.通过非接触结构光三维扫描仪获取涡轮叶片点云数据,采用分区域处理法得到涡轮曲面模型,利用二维投影仪得到涡轮外轮廓边界形状和准确尺寸,将其与曲面模型进行数据匹配,在CAD软件中对匹配的曲面进行边界修整,完成涡轮三维建模.利用本方法能可靠重构涡轮三维模型,缩短设计开发的周期.     

三维测量工业内窥镜的双目光学系统

针对国内工业内窥镜只限于观察,无法满足工件三维尺寸测量的现状,设计了一种探头外径为6 mm并且可以向任意方向弯曲的三维测量工业内窥镜,并介绍了该内窥镜的双目光学系统及镜体内部结构的设计。首先,基于双目立体成像的原理,提出了一种具有双物镜、单图像传感器的新型双目光学系统。其次,根据光学系统的技术要求,设计了内窥镜的头部结构。考虑到一些工件内部结构比较复杂,分别设计了内窥镜的可弯曲结构以及后部操控机构以方便一些精密工件的检测。最后,通过三维图像处理软件对待测物表面两个特征点进行长度测量试验,得到了两个特征点的间距。实验结果表明：待测物表面两个特征点的长度测量误差在±0.2 mm内。该系统基本实现了工业内窥镜的三维测量功能。     

三维微纳米台阶高精度光学显微测量量化表征

三维微纳米台阶光学显微测量信息为多维形貌数据,其数据量庞大复杂、多维相关性低、表征难度大,且通常存在测量坏点影响关键尺寸表征精度.本文提出了一种三维微纳米台阶高精度光学显微测量量化表征方法.首先,针对三维微纳米台阶的结构特征选取测量系统并设计测量方法,获取其三维形貌点云数据信息;其次,建立三维形貌实测数据维度重构方法,...     

汽车散热盖模具点云数据曲面逆向重构技术研究

主要研究汽车散热盖模具样件的三维数据测量、点云数据处理、曲线曲面模型的重构、模具三维实体化实现方法等。点云数据预处理主要研究点云数据的对齐与重定位、数据的精简与降噪等。针对逆向工程关键核心技术如拟合曲面的质量分析、曲面片的修剪和编辑等进行了深入研究,最终针对模具不同特征区域点云的特点,结合两种建模思想,面向散热盖模具的点云数据完成了曲面模型重建,为最终实现模具三维实体逆向建模和模具磨破损区域的三维精确建模奠定基础。     

基于Geomagic和Catia的重卡保险杠拖钩门数模重建

以保险杠拖钩门为研究对骤,对拖钩门利用三维激光扫描仪器进行测量,获取点云数据;其次在Geomagic软件中对点云数据进行处理、曲面重建并通过参数交换使数据在Catia软件共享,对数据进行三维实体建模,从而为拖钩门提供实体数据。应用实例表明,该方法充分利用两大软件优势,以参数交换器为桥梁,解决了逆向工程软件建模和CAD软件点云处理能力弱的问题。     

A low cost 3D shape measurement method based on a strip shifting pattern

We present a simple, low cost but fast 3D shape measurement method. There is no limitation on the object's material and texture. We use a projector to project a strip shifting pattern on the object, and a digital camera to record videos of the scene. The distortion of the strip shadow on the object is used to get the object's 3D information. A novel space-time edge finding method is introduced to position the shadow edge accurately. This edge finding method overcomes the effect of inter-reflection and high light. Using this space-time information, we can calculate the pixels' 3D coordinates. To get the 3D shape of an object with black texture, we improve the black strip pattern to a 3-color strip pattern. The bad data are filtered by a post-processing 3D filter, which makes full use of the neighborhoods' geometric constraints and the view point constraint. Meanwhile, our measurement method is fast, regardless of the complexity of the shape.     

成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法研究

在中医舌诊的客观化研究中,舌面的彩色三维数据能为医生提供更全面的信息,提高诊断的准确性。提出了一种基于成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法。在成像光线追踪模型的基础上,引入光平面约束,以准确确定成像点到空间测量点的映射,结合2个线结构光传感器的扫描测量,分别获取舌头上表面及下表面完整的三维信息,并根据空间测量点到成像点的映射,完成颜色渲染,获取对应测量空间点的颜色信息。设计并研制了舌面彩色三维成像系统,进行了测量及精度验证实验,实验结果表明该方法可以准确获取舌面的彩色三维信息。     

大面积形体三维测量数据拼接技术的研究

大面积形体三维无接触测量,一般采用多视场测量和测量数据拼接的方法,存在积累误差大、测量精度低的问题.采用框架拼接法,通过编码标志点的匹配,求得标志点的空间三维坐标,完成物体空间框架的重构;然后通过局部三维扫描点云与空间框架之间的特征点的提取,得到一组匹配点对,运用SVD矩阵分解算法求出旋转矩阵R和平移向量T,实现局部三维扫描数据的精确拼接.实例表明,该方法有效地提高了大面积形体三维测量的精度.     

基于空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空间编码的图像拼接新方法,可以实现大尺度三维面形的测量。     

大面积形体的三维无接触精确测量的研究

对大面积形体实现高精度三维无接触检测,是三维检测技术研究的难点和热点。提出了基于编码标志点的框架拼接法,采用数码相机三维重构与结构光三维扫描技术相结合的方法,实现了大面积形体的三维精确测量。阐述了大面积形体测量拼接框架构造的基本原理,对其中的关键技术如数码相机的标志点三维检测与重构,局部点云与空间框架的拼接进行了介绍,并给出了检测实例。实验表明该系统具有操作方便、测量范围大、测量精度高等的特点。     

基于直线光流场的三维检测新方法

提出了基于直线光流场的三维检测计算方法。在透视投影下,将表示二维直线的参数对时间的导数定义成直线光流场,详细推导出基于直线光流场检测三维刚体运动参数的模型。使用最小二乘法,求出刚体的三维旋转运动参数、平移运动参数和空间直线坐标,从而实现了刚体的三维检测。该方法利用单目图像序列中连续3幅图像的2对直线光流,能够检测出物体的运动参数和结构参数,有助于全面检测和识别物体。多组实验表明该方法是稳定的,具有较好的鲁棒性能。     

人体三维扫描技术研究

三维人体扫描技术是集光、机、电于一体的先进非接触式测量技术,在医学、影视业、服装业等众多领域有着广泛的应用前景。介绍了三维实物扫描的三种基本方法,比较其优缺点及适用场合,得出适合人体的三维扫描技术。     

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。     

三维重建技术在模具制造业中的应用

提出了一种基于三视几何的三维重建方法.该方法首先利用三目视觉系统获取3幅摄像机的标定图,用十字激光器做为结构光投射器,采集重建的鼠标图;然后通过标定图求出摄像机的内外参数和投影矩阵及基础矩阵,对采集的鼠标图像进行预处理,提取出特征点,利用三焦几何原理找出相应的匹配点,求出物体空间坐标,进行拟合完成三维重建;最后,以鼠标...     

基于散乱数据的罐车曲面重建与容积检定系统

针对目前铁路罐车容积测量技术在可操作性、准确性等方面存在的问题,提出一种简捷、准确的罐车容积检定方法。该方法通过罐车序列图像三维重构,获取罐车表面测量数据。进而借助提出的散乱数据序化方法,构造罐车的系列截面轮廓线,并以蒙皮操作为基础实现罐车曲面的精确重建。最后利用参数曲面的离散表达,完成罐车容积的快速检定。对比试验表明,所提检定方法的结果符合"JJ140-1998铁路罐车容积"中"铁路罐车容积扩展不确定度小于0.4%(k=2)"的要求。