基于FPGA的动态三维面形测量系统设计

以测量新滩滑坡的三维面形数据为例,通过多次测量,提出了一种新颖的山体滑坡监测预警方式;其基本思路是利用信号的频谱特性去恢复被测物体的面形;其大致测量过程是通过采用结构光照明和CCD摄像机获取变形条纹图,再经过对变形条纹图进行傅立叶变换、频谱滤波、逆傅立叶变换,相位展开等处理后可以得到被测物体重建的三维面形;研究了动态测量中的面形信息获取与处理,采用了适合动态面形测量的位相展开的方案,计算机模拟了测量过程,设计和实现了能处理80～120帧/秒的基于FPGA的动态三维面形测量系统;理论和实践证明基于傅立叶变换轮廓术对处于动态变形过程中的物体的三维面形测量是完全可行的.     

基于彩色复合光栅投影的三维轮廓测量方法

在测量同时含有轮廓突变与梯度较大的物体时,受被测物体高度变化引起的非截断相位变化与背景分量的影响,相位则很难正确展开;对此采用彩色复合光栅投影的三维轮廓测量方法:即用软件生成含有两种不同颜色的彩色光栅,其中每种颜色分量的光栅又具有两种不同的频率,通过LCD投影仪投射到物体表面,这样只需一次采集,就能消除图象背景分量对测量的影响,在扩大测量范围同时可达到以往双频技术中多次采集的测量突变效果;最后通过分析变形光栅中频谱混叠问题以及计算机模拟和实验验证,证实了该方法的可行性。     

三维视觉测量技术及应用进展

三维视觉测量是计算机视觉与精密测量原理交叉融合的前沿高新技术,是工业4.0的基础支撑,是以网络化、智能化制造为变革特征的先进制造业的核心关键技术。经过几十年的发展,三维视觉测量技术在基础研究和应用研究上均获得了快速深入发展,形成了理论方法、技术工艺、系统研发和产品应用四位一体较为完备的方向体系,呈现出理论系统化、方法多维化、精度精准化和速度快捷化的发展趋势,成为智能制造过程控制、产品质量检验保证和装备整机服役测试的不可或缺的优选技术。本文主要围绕单相机、双相机和结构光等典型三维视觉测量技术展开论述,概要介绍其关键技术内涵,综述其发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势。重点论述条纹投影三维测量技术和相位测量偏折术。最后给出了三维视觉测量的发展趋势与未来展望。     

基于图像通讯的三维数字轮廓测量

光栅投影三维数字轮廓术是一种高效的非接触三维轮廓测量技术。该文针对轮廓测量中的图像数据通讯,首先讨论了WIN32系统下的内存管理,说明了通过传递自定义消息和在内存中共享文件映射,实现不同进程间的数据通讯。采用这种方法,极大地方便了用户的再开发。     

电容层析成像系统三维图像重建的研究

探讨了电容层析成像(ECT)系统中利用二维断层图像进行三维表面重建并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单、重建精度高、成像速率快。     

基于单幅图像中点线轮廓的三维重构方法研究与应用

从一幅简单的图形出发,采用人工半自动提取产品的轮廓外形,利用轮廓从而进行三维重构.从三位重构原理出发,进行了轮廓提取、筛选,然后三维坐标重建的研究,并且给出了其相应的原理和算法.利用OpenGL显示轮廓的模型,搭建基于点线轮廓的三维重构系统框架,实现数字化模型的三维重构的研究.用算例进行验证,得到了平面立体的三维信息.     

光栅投影相位法三维测量

利用结构光进行三维测量或场景再现是图像处理领域的重要应用,结构光的编码与构造是进行以上工作的基础。文章首先讨论了建立三维测量系统的方法,然后重点介绍了光栅投影相位法实现三维测量的原理与应用方式。通过该方法,实现对较大表面物体的测量与三维重构。     

三维焊接坡口轮廓图像测量系统

开发了一种三维焊接坡口轮廓图像测量系统,该系统基于光栅莫尔条纹投影原理,由LD、光栅副、滤光片、面阵CCD（Charged coupled device）及DSP图像信号处理等部分组成。分析了在恶劣的焊接现场条件下,莫尔条纹投影到焊接工件表面的噪声产生机理,提出并采用了中值滤波方法对采集的原始激光焊缝图像信号进行平滑处理。由CCD采集到的焊接坡口表面变形的莫尔条纹二维激光图像,经过图像信号处理软件后恢复焊接坡口的三维轮廓图像,获得焊缝中心、深度、宽度等参数的精确尺寸信息。该测量系统经过在轻便型焊接机器人上试用,其测试精度、实时性基本能满足要求。实验结果表明该方法简单可靠、效果明显。     

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.     

光栅投影式三维轮廓测量的图像滤波算法

基于光栅投影的三维测量技术,在读取采用正弦编码的光栅图样时,其图像灰度分布应为正弦分布。但由于投影环境的干扰和电荷耦合元件(CCD)的数字采样失真,在编码图样的灰度分布中会存在大量噪声,这将导致在相位恢复时产生误差。本文提出了一种频域滤波优化算法可以解决上述问题,通过仿真和实验证明,该算法明显的提升了光栅投影式三维测量技术的实用性。     

2维载频条纹2维窗口傅里叶变换轮廓术

为了解决3维形貌测量中单一频率光栅条纹的测量信息少、1维双频光栅两个同方向载频容易产生频率混叠及两个载频条纹测量精度不同、连续相位解包法在复杂物体相位解包所存在的问题,提出采用2维网格光栅作为空间载频光栅条纹联合2维窗口傅里叶变换的傅里叶变换轮廓术。两个载频相互垂直,减少可能的频谱混叠;应用2维窗口傅里叶变换进行频谱分析和设计带宽自动调整的滤波器分离出两个1维变形光栅条纹,在一幅变形网格光栅图像中得到两个方向光栅各自所对应的包裹相位分布;并且应用查表法解包得到真实调制相位分布。与1维单频和1维双频比较,这种技术可以获得两倍相同精度的测量信息,并能对复杂物体的相位分布进行解包。给出了详细的理论推导、计算机模拟和实验结果,证实了该方法的可行性。     

The 3-D Hough shape transform

The 3-D Hough shape transform is described which is used for the localization in space of 3-D objects defined in terms of the spatial organization of their features.     

A Hierarchical 3-D Poisson Modified Fourier Solver by Domain Decomposition

We present a Domain Decomposition non-iterative solver for the Poisson equation in a 3-D rectangular box. The solution domain is divided into mostly parallelepiped subdomains. In each subdomain a particular solution of the non-homogeneous equation is first computed by a fast spectral method. This method is based on the application of the discrete Fourier transform accompanied by a subtraction technique. For high accuracy the subdomain boundary conditions must be compatible with the specified inhomogeneous right hand side at the edges of all the interfaces. In the following steps the partial solutions are hierarchically matched. At each step pairs of adjacent subdomains are merged into larger units. In this paper we present the matching algorithm for two boxes which is a basis of the domain decomposition scheme. The hierarchical approach is convenient for parallelization and minimizes the global communication. The algorithm requires O(N ³:log:N) operations, where N is the number of grid points in each direction.     

基于编码结构光和外极线约束的自由曲面三维轮廓术

提出了一种新的基于编码结构光和外极线约束的自由曲面立体视觉测量方法,这种方法有效解决了立体视觉中的图像匹配问题;外极线约束将可能的候选点限制在直线分布,引入编码光用来确定光栅条纹的级次;这种方法极大地减小了图像匹配的运算量,同时减小了错误匹配的概率;实验表明,采用编码光栅投影视觉测量能够高效准确地测量自由曲面的三维轮廓.     

Artificial 3-D contactless measurement in orthognathic surgery with binocular stereo vision

Stereo vision systems are utilized since it provides contactless measurements of objects in 3-D (three-dimensional). Orthognathic surgery is a very sensitive operation that requires very high accuracy in measurements. The reduction of measurement error is an essential problem in orthognathic surgery. Moreover, quality inspection of the process during the course of operation aids the surgeon to avoid or minimize the mitigating circumstances. In this paper, artificial intelligence methods (neural network and neuro-fuzzy system) are used in order to increase the accuracy of positioning of jaws during the real-time practice. The comparison of artificial measurements with the real measurements shows that a statistically acceptable accuracy is achieved in 3-D positioning of teeth.     

基于超声测距的三维精确定位系统与设计

讨论了一种新型的基于超声测距的高精度三维定位系统的原理与设计。该定位系统采用波头计数与零交叉点检测的方法来提高超声测距精度,并通过三角形方法来实现三维定位。这种三维定位系统具有精度高、成本低、易于安装、体积小、抗电磁干扰能力强、对光线不敏感、无电磁辐射等优点。     

三维适形放疗计划系统中的交互式测量方法

为了在制定三维适形放疗计划时合理地确定射线角度,并根据给定射线方向准确计算射线剂量,需要对三维模型进行精确的交互式测量。结合放疗计划系统的需求和医学图像特点,分析三维交互式测量过程,应用平行投影理论实现二维坐标到三维坐标的转换。提出以一个测量端点为起始点的三维任意叠加旋转算法,在重离子放疗计划系统中实现三维精确测量。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

一种新的相位法三维轮廓测量系统模型及其标定方法研究

传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.     

基于非对称双相机结构光的三维扫描系统

提出一种基于非对称双相机结构光的三维扫描系统方案。采用结构光法测量深度,采用非对称布置的两台相机,在不降低系统精度的情况下减少遮挡的影响。分析了系统中两相机的成像关系,提出了系统定标和深度测量的算法。实验结果表明,该方法是有效的。     

一种基于形状的三维医学图像插值算法

三维医学图像的层间插值是实现医学体视化的一个重要步骤;传统的直接灰度插值方法只适用于层间距小或形状差别不大的断层扫描图像,否则会产生严重的轮廓模糊现象;文中的三维插值算法通过对轮廓进行多边形近似,将形状和灰度信息较好地结合起来,充分利用了图像的形状信息,从而较好地避免了大层间距和形状差别较大时的轮廓重影问题,实验结果证明了其有效性.