部分编码结构光三维测量技术的研究

提出了一种部分编码结构光三维面形测量方法,将相位展开技术与条纹编码结合起来,既有效地减少了投影和拍摄的图像数量又提高了相位展开的可靠性.该方法利用部分编码技术对相邻的多根条纹进行整合,减小了条纹密度,然后再对整合后的条纹相位进行展开,最终得到整个图像的相位分布.实验证明,该方法可以较大程度地减少重建所需的画幅数,同时具有良好的精度和可靠性.     

多线结构光堆积物三维测量方法研究

针对在工业生产中,需要对各种体积大小的堆积物进行测量,以判断生产计划的执行程度或库存量的问题,该文提出利用基于多线结构光的堆积物三维测量方法,在传送带上通过累加测量小堆积物体积,实现大型堆积物体积快速测定。该方法具体实现步骤是使用一条装有25条平行激光器的移动滑台水平匀速运动,摄像机拍摄带有待测物体表面深度信息的畸变光条,利用OPENCV对图像进行处理,通过Steger光条中心提取算法和改进的深度计算公式,对采集到的图像进行深度计算,分别计算出各个光条像素点的空间坐标,得到点云数据并进行重构分析。实验结果表明,该方法的检测相对误差为2%以内,可实现堆积物的体积三维非接触式动态实时测量。     

基于线结构光的柴油机缸盖三维形貌测量

为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据,设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法,从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵R和平移向量T,进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值,最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法,扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据,在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标,测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构,结果与实际表面特征信息吻合良好。     

基于线结构光的空调四通换向阀高度测量

为提高空调四通换向阀高度测量的精确度以及加工焊接的效率,提出一种基于线结构光的四通换向阀高度测量方法。通过计算机视觉技术搭配线型结构光获取四通阀的表面形貌特征,基于结构光三维测量原理得到被测工件表面各点的实际位置坐标,从而实现四通换向阀的高度测量。实验研究表明,线结构光法测量结果稳定,并能得到较高的精确度,所得高度的误差小于0.5 mm,满足零件的加工要求。该方法可完成物体表面轮廓的三维重建,克服单目视觉测量过程中丢失被测件深度信息的缺点;并能实现四通换向阀生产线上工件的自动化检测加工,因而避免传统人工测量引起的低效、易疲劳等问题。     

基于GPU的通用计算研究

随着人们对计算性能要求的不断提高,基于GPU的通用计算逐渐成为个研究热点。本文首先研究了基于GPU的通用计算发展过程中硬件和软件的演变,并进。步讨论了适合GPU通用计算的应用,最后对GPU通用计算在小刖领域的研究力向进行概述。     

基于结构光技术的高温锻件三维尺寸实时在位测量系统

针对我国高温锻件检测系统缺乏和测量方案不完善的问题,开发出基于结构光技术的锻件三维尺寸在位测量系统。该文设计结构光投影仪的光栅参数优化设计算法以及功率可调节光源系统,并配合三相机摄影设备搭建针对高温锻件三维尺寸实时在位测量系统。同时建立完整的在位检测方法流程,阐述参数标定、特征提取、对比度实时调节以及特征匹配的技术细节。实验结果证明,锻件三维尺寸摄影测量系统可适用于锻件热态测量且尺寸测量精度优于2mm,能够满足对高温锻件高精度尺寸测量的应用需。     

高速旋转物体的频闪结构光三维面形测量系统

提出了一个用于测量高速旋转物体三维面形的频闪结构光照明系统。系统自动跟踪检测旋转物体的转动信息,再用该信息同步控制光源发光和摄像系统工作,记录下旋转物体在闪光时刻的瞬间“静止”图像。使用该系统产生持续时间为424s的同步频闪结构光,对转速为每分钟1080转的家用电风扇旋转叶片三维面形进行测量,证明该系统能够准确地获得旋转叶片的瞬间静止图像,便于重建旋转叶片每个瞬间时刻的三维面形。同时,该系统还具备人工设定光源发光频率的功能,可以拓宽应用到无重复特征信号的高速运动物体三维面形测量。     

附加斜面法用于三维物体面形测量

本文提出了一种新的三维物体面形测量方法。用硬件电路,实现结构光特征提取,然后对畸变光条分布进行总体面形拟合处理。处理中,可以获得物体在视场内附加了一个倾斜面的高度。整个物体面形可以通过减去这个附加倾斜面获得。     

基于线结构光的角钢截面几何参数三维测量

针对人工检测角钢效率低、出错率高的问题,研究一种基于机器视觉测量技术的非接触检测方法,即利用线结构光扫描的角钢截面几何参数的测量方法。采用张正友标定法和最小二乘光平面拟合法完成测量系统的标定,通过线结构光三维扫描技术获取物体的原始三维点云数据,然后对经过配准、去噪以及简化处理的原始点云数据进行三维重建,得到物体三维几何模型。结合测量系统标定,提取角钢截面边宽度、边厚度、内圆弧半径3个参数。按国家标准对角钢截面几何参数进行图像测量,测量误差在±0.15 mm范围之内,实验结果表明采用该方法实现对角钢截面参数测量是可行的。     

基于多重网格法和GPU并行计算的大规模壳结构快速计算方法

该文采用将EBE计算策略、多重网格法以及GPU并行计算方法三者相结合的计算策略, 设计了一种新颖的迭代求解方法, 可以有效的提高大规模壳结构的有限元分析效率。该方法中, EBE计算策略将总体运算分解到单元上进行, 可以节约计算内存, 提高单机上问题的求解规模, 并且可以有效地提高隐式有限元算法的并行性;多重网格法通过在疏密不同的网格层上进行迭代, 平滑不同频率的误差分量, 可以加快迭代收敛速度;GPU并行计算方法可以在较低硬件成本的前提下实现高效的并行计算。该文采用统一计算架构(Compute Unified Device Architecture, CUDA)进行程序的编制, 并在采用GTX460显卡的个人计算机执行。数值计算结果表明该方法在保证计算精度的同时可以取得较高的计算加速比。     

一种面结构光投影仪的标定方法

目的 研究并提出一种简单的面结构光投影仪的标定方法,结合试验搭建的测量平台,实现对饮料瓶、易拉罐、瓶盖等形状规则的包装件以及轮廓复杂人脸的准确测量。方法 首先借助二维灰度棋盘格标定板并采用张正友法标定好摄像机,再向标定板投影设定好的黑白棋盘格图案,然后结合图像阈值分割和形态学操作方法获取相机捕获投影图案的特征点坐标,最后使用标定好的摄像机参数来标定投影仪。结果 文中提出的标定方式相对操作简单、成本低,且在x和y方向的重投影误差基本都小于1个像素。结论 测量实验结果表明,文中标定方法能保证对人脸模型较理想的测量精度,有较好的应用范围。     

A 3D Measurement Method Based on Coded Image

The binocular stereo vision system is often used to reconstruct 3D point clouds of an object. However, it is challenging to find effective matching points in two object images with similar color or less texture. This will lead to mismatching by using the stereo matching algorithm to calculate the disparity map. In this context, the object can’t be reconstructed precisely. As a countermeasure, this study proposes to combine the Gray code fringe projection with the binocular camera as well as to generate denser point clouds by projecting an active light source to increase the texture of the object, which greatly reduces the reconstruction error caused by the lack of texture. Due to the limitation of the camera viewing angle, a one-perspective binocular camera can only reconstruct the 2.5D model of an object. To obtain the 3D model of an object, point clouds obtained from multiple-view images are processed by coarse registration using the coarse SAC-IA algorithm and fine registration using the ICP algorithm, which is followed by voxel filtering fusion of the point cloud. To improve the reconstruction quality, a polarizer is mounted in front of the cameras to filter out the redundant reflected light. Eventually, the 3D model and the dimension of a vase are obtained after calibration.     

一种基于位置关系判定的GPU三维几何图元拾取方法

针对交互式图形应用对拾取在效率、适用范围和拾取信息方面的需求,提出一种新的基于GPU的三维几何图元拾取方法。在进行拾取绘制时关闭光栅化,将鼠标位置信息和图元顶点坐标变换到规范化设备坐标系,通过在几何处理器中判断投影后的二维图元与鼠标或选择框的位置关系进行命中判定,并利用变换反馈将拾取信息返回应用程序。在提出方法的基础上,介绍了单体拾取和块拾取的Open GL实现。实验表明,该方法的单体拾取效率较基于GPU的射线相交法有约10%的提升,同时能支持高效块拾取。     

结构光深度获取系统校准方法

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时,投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差,提出一种测量系统校准方法。该方法以N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助,根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准;通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量,指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导,为非经验装调工作者提供技术支持,实验数据论证了该方法的有效性。     

快速响应光阀的制备及在真三维立体显示中的应用

固态体积式真三维立体显示系统主要由数据传输,图像处理模块,高速彩色投影光路模块,显示模块(显示体)以及外围控制电路组成。显示模块由多层液晶光阀组成,光线透过显示体后能量衰减严重,造成显示画面黯淡,模糊,此外,由于光阀响应时间慢,系统刷新频率低,屏幕存在严重的闪烁问题。本文通过在液晶中添加少量聚合物和手性物添加剂制备出快速响应的聚合物稳定胆甾相液晶光阀,其开态透过率达到88%,响应时间小于1ms。将其应用于真三维立体显示系统,显示画面清晰稳定,无闪烁。     

基于结构光和机器视觉的尺寸测量及其误差分析

为了解决流水线上产品的尺寸自动测量难的问题,基于目前机器视觉在尺寸测量方面的应用,介绍了用机器视觉来检测线圈绕线质量的方案。采用简化了的针孔模型对相机进行标定,并针对CCD成像元的不均匀性,提出改进方案并对测量结果进行误差修正,通过实验完善并验证了该方案的可行性,为机器视觉测量尺寸提供理论基础。     

用“消隐点”法标定线结构光三维视觉传感器

提出了一种以线结构光为基础的三维视觉传感器，并根据所建立的数学模型，结合传感器的实际使用情况，提出用“消隐点”法对该传感器结构参数进行标定，该标定方法装置简单，速度快，在保证精度的同时简化标定的过程实验证明“消隐点”法是一种高效，实用的视觉传感器标定方法。     

大视场线结构光视觉传感器的现场标定

针对大视场线结构光视觉传感器的现场标定,提出了一种基于自由组合一维靶标的标定方法。自由组合多个一维靶标并固定,其中每个一维靶标至少包含3个共线特征点。靶标在传感器测量空间内自由摆放至少两次。以一维靶标两两之间夹角恒定为约束求解摄像机内部参数;由一维靶标消影点性质和特征点之间距离约束,求解各特征点在摄像机坐标系下的空间坐标;根据交比不变计算光平面与各一维靶标交点的摄像机坐标,拟合出光平面方程。实验表明,该方法可获得与平面靶标相当的标定精度,具有靶标加工容易、精度高、摆放次数少的特点,适合大视场线结构光视觉传感器的现场标定。     

一种基于传像束的新型微三维形貌测量系统

文章根据结构光的测量原理提出了一种基于传像束的微三维形貌检测系统。充分利用传像束自由度大、能弯曲、易实现长度超过1m的光路等优点，在投射结构光条纹及摄取变形条纹图像时用它来代替传统的光学系统，从而使该系统比一般的微三维形貌测量系统多了内腔测量和远距离测量的功能。文中给出了实验结果，该系统的可行性得到了验证。