基于相位映射的三维主动视觉标定

通过在结构光发射单元和成像单元间施加几何约束条件,建立统一的坐标系.利用条纹投影和相位映射技术,构造了将编码相位图映射为物体的三维空间坐标的数学模型,进而获得深度图像空间坐标的计算值,然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较,建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程.两步法迭代求解这个优化方程,最终获得三维系统的结构参数.实验结果证明了本文提出的三维成像系统标定理论和方法的有效性.     

3D真的来了吗?——三维结构光传感器漫谈

三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的"第四次影像革命"。《红外与激光工程》本期策划组织的"光学三维成像与传感"专题,共包含高水平稿件20篇,其中综述论文15篇,研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态,主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向:结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术(全息显示、集成光场显示等)、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域(如三维鬼成像)等。而此文作为本期专栏的引子,概括性地综述了典型的三维传感技术,并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用;讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向,以求抛砖引玉。     

三维彩色扫描测量技术

采用线结构激光和一个彩色ＣＣＤ摄像机构成三维彩色扫描系统,彩色ＣＣＤ摄像机分两次对物体成像,首先摄取物体的彩色图片,然后利用滤光镜摄取激光光平面上物体的三维信息。最后采用彩色贴图技术将两次获取的信息重叠,便可得到物体的三维彩色信息。提出了激光光平面方程式三维测量方法,建立了相应的数学模型。进行了实验研究,给出了实验结果。     

三维彩色扫描测量技术

采用线结构激光和一个彩色CCD摄像机构成三维彩色扫描系统,彩色CCD摄像机分两次对物体成像,首先摄取物体的彩色图片,然后利用滤光镜摄取激光光平面上物体的三维信息。最后采用彩色贴图技术将两次获取的信息重叠,便可得到物体的三维彩色信息。提出了激光光平面方程式三维测量方法,建立了相应的数学模型。进行了实验研究,给出了实验结果。     

三维彩色逆向工程

采用线结构激光和彩色CCD摄像机构成三维彩色扫描系统,彩色CCD摄像机分2次对物体成像,首先摄取物体的彩色图片,然后利用滤光镜摄取激光光面平上物体的三维信息,最后采用彩色贴图技术将两次获取的信息重叠,便可得到物体的三维彩色信息。本文提出了激光光平面方程式三维测量方法,建立了相应的数学模型,进行了实验研究,给出了实验结果。     

基于三维成像技术的激光图像处理系统

采用图像处理技术处理后的激光三维图像能够显著提升图像精度,为刑事侦查、工业部件生产提供可靠的图像依据。通过设计基于三维成像技术的激光图像处理系统解决三维成像技术精度低、耗时长的问题。系统主要包括激光三维成像模块、DDR外接存储模块、FPGA模块、上位机等部分;激光三维成像模块增加转镜获取高精度的激光三维图像,DDR外接存储模块负责存储激光数据,分散FPGA模块资源损耗,通信电路模块负责传输DSP和上位机、DSP和FPGA之间的激光数据;软件部分依据激光三维成像原理获取激光数据,基于OpenGL软件接口重构激光三维图像表面。实验结果显示,系统成像精度高,处理激光三维图像效率和可靠性强,在激光三维图像处理方面的应用前景广阔。     

基于计算机视觉的三光带激光三维人体动画合成方法

传统的三维人体动画合成方法采集效率低,成像质量差,为了解决上述问题,基于计算机视觉研究了一种新的三光带激光三维人体动画合成方法,选用针孔型的扫描设备通过非线性模型计算内参数,然后利用内参数对计算机图像的像素进行定位坐标并进行像素坐标矫正,再将经过坐标矫正后的扫描设备坐标带入到集团及图像像素坐标和空间坐标中,使两种坐标相互呼应呈现映射关系,为人体运动所描三光带激光立体数据库的建立打下了良好的基础。利用捕捉设备对人体的运动过程进行数据仿真以及运动重构,获取高质量、高精准度的人体运动数据极大地方便了基于计算机视觉的三光带激光三维人体动画合成。实验结果表明,基于计算机视觉的三光带激光三维人体动画合成方法能够有效提高信息采集效率,增强成像质量。     

DPL固体激光成像雷达系统研究

介绍了DPL固体激光成像雷达的工作原理、系统组成,系统以高重频DPL固体激光器为光源,雪崩探测器直接探测体制,二维光机扫描成像,距离伪彩色3D成像方式,可以快速获取数千米远物体的三维图像.分析了大气衰减对作用距离的影响.该系统可用于目标侦察、地形测量、障碍物探测等应用领域.     

复杂反射率物体三维测量方法研究

针对复杂反射率物体在三维测量中,激光条纹图像曝光程度差异问题,提出一种自适应多曝光获取三维点云的方法。该方法根据所研制采集系统的成像原理,拟合出视觉传感器成像函数。将初始条纹几何中心反射率突变点设为基准点,并对复杂反射率物体上的条纹信息按基准点进行分段采集;根据各分段区域反射率均值计算相应自适应曝光参数;按基准点融合所采集的激光条纹信息。测量平台采用步进运动,实现物体整体扫描。应用二次拟合重心法提取条纹中心坐标,生成三维点云信息。经实验验证,自适应曝光准确率高于90%,条纹能量集中度大于5,三维点云均方根误差低于0.3 mm,该测量方法有效解决了条纹图像过曝光或欠曝光问题,可在动态下实现复杂反射率物体三维测量。     

基于双线投影与线面约束的3D扫描测量系统研究

将双目传感器和线结构光有机地结合到一起,设计了一套能够对大尺寸被测物进行无导轨三维扫描的测量系统。通过标定实现双目传感器与结构光传感器坐标系的统一。提出了一种双线投影模型,实现了双目标记点的立体匹配和标记点传感器坐标的测量。设计了基于线面约束的结构光测量模型,实现了物体表面光条三维信息的获取。采用空间几何相对不变性原则实现标记点传感器坐标和世界坐标的全局匹配,进而确定在测量位置处传感器坐标系与世界坐标系的转换关系。最终将传感器实时扫描测量的物体表面的三维点云数据转换到世界坐标系下,实现对被测物三维的扫描测量,工作距离下扫描测量精度优于0.08 mm。     

无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。     

全息扫描成像的三维空间变换

全息扫描成像系统具有体积小、重量轻、结构简单等特点,它可用于小型物体的三维成像、大型物体某一侧面的浮雕式图像及地貌图的制作等,同时它又能克服传统电子扫描摄像系统无法采集三维空间信息的缺陷,这为计算机进行三维图像处理提供了必要的条件。为此根据给定参数设计了全息扫描装置,并讨论了物体成像点的三维空间坐标转换。     

基于3D定位的光纤棒内部缺陷检测方法

为检测和定位光纤预制棒的内部缺陷并提高精度,提出一种光线追踪实现3D精确定位的线激光旋转扫描检测方法。利用光散射原理和暗场成像技术,成像设备采集光纤棒每个旋转角纵截面上缺陷的散射光;原始图像经过图像预处理和图像分割获取缺陷的二维信息;基于折射定律和光线追踪建立缺陷的精确定位模型,消除光纤棒表面折射带来的成像位置偏差;最后经过坐标转换、三维建模和三维连通域提取实现缺陷在光纤棒内部的3D定位。实验结果表明:120 W像素的工业相机在旋转角步长为0.9°的条件下,对大尺寸的光纤棒内部缺陷检测轴向定位精度为0.28 mm,径向定位精度为1.05 mm,可实现准确、自动化地检测和定位光纤棒的内部缺陷,为光纤棒的质检和指导光纤拉丝提供重要依据。     

基于二维激光传感器的三维图像获取系统

本文基于二维激光传感器设计出一整套实现三维旋转扫描距离图像采集系统。利用二维激光传感器在云台上旋转扫描以达到扫描整个空间的效果,然后利用计算机技术对采集到的点云数据进行拼接以重建三维环境图像,针对噪点采用加权滤波从而抑制噪点。     

融合光散射信息的三维激光成像系统设计

针对传统激光成像系统激光功率较低且成像速度较慢的问题,设计出一种基于融合光散射信息的三维激光成像系统。实时测量融合光散射信息,获得十分稳定且高强度的散射光。建立接收光学系统,根据电光晶体偏振调制的原理调节回波信号强度,得到测距面与三维成像激光距离的标准差。利用方波调制法使激光源发射均匀的脉冲序列。通过获取到环境光的曝光图像,合理控制三维激光强度,使曝光图像灰度动态大范围分布,最后获得高精度的三维激光成像。以坭兴陶的三维激光成像实验为例,结果表明:该系统激光功率较高,成像误差小,具有过程简单、可靠性高等优点。     

基于多Kinect的家具自由曲面造型扫描系统设计

为解决目前三维扫描系统存在的数据捕捉效率低、曲面扫描精度低等问题,基于Kinect传感器构建了家具自由曲面造型扫描系统。采用OpenNI开源框架来搭建多个Kinect传感器在服务器与驱动之间的交互桥梁,并将被测家具物体的深度图像转变成具有三维坐标值的点云数据。在三维点云数据的后处理阶段,使用PCL开发库实现家具自由曲面三维点云数据配准、融合,以及完整的家具自由曲面造型三维点云模型的展示。实验结果表明,该系统与传统系统相比,数据捕捉效率以及扫描精度更高,而且稳定性强。     

全息扫描成像的三维空间变换

全息扫描成像系统具有体积小、重量轻、结构简单等特点，它可用于小型物体的三维成像、大型物体某一侧面的浮雕式图像及地貌图的制作等，同时它又能克服传统电子扫描摄像系统无法采集三维空间信息的缺陷，这为计算机进行三维图像处理提供了必要的条件。为此根据给定参数设计了全息扫描装置，并讨论了物体成像点的三维空间坐标转换。     

结构光三维成像技术

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用,通常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面,利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像,再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。与全息三维成像对应,结构光三维成像过程也是两步成像过程,先获取物体被结构光条纹调制的二维图像,再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维数字像。主要回顾了本课题组在基于结构光三维成像技术研究中的进展,讨论了基于傅里叶条纹分析、相移条纹分析和动态过程三维成像的方法,给出了相关应用的实验结果,分析了结构光三维成像的特点以及该领域今后的发展动向。     

采用相干光源的三维成像

我们将三维成像定义为含有四个步骤的工乙：──数据获取，──储存（需要时），─—变换（需要时），─—数据显示。必须假定：对于充分（或近充分的）三维成像来说，通常需要精密设备将原获取的数据进行视频编码，并以解码形式将它显示[3]。例如：用于产生整帧照片或视差全是照片、全息术中干涉条纹、立体系统中可显示扫描的立体像素数目的透镜列阵。目前已对三维系统作了许多改进。可归纳为以下几种：─—立体摄影术，─—全息术，─—体全息术，─—以上几种的综合。图1示出现有三维成像的几种主要方式。激光三维成像作为三维成像技术的…     

集成成像系统实现三维物体旋转不变分类识别

提出一种基于集成成像系统和综合判别函数(SDF)实现三维物体旋转不变分类识别的新方法。方法利用集成成像系统获取旋转三维物体的单元像阵列图像,应用图像中各个单元像记录的三维物体信息之间的高关联特性,结合SDF,实现了三维物体的旋转不变分类识别。与已有方法相比,本文方法减小了识别过程的数据量,降低运算复杂度,提高了识别效率,且不受物体旋转角度的限制。针对多类旋转三维物体,利用本文方法实现了旋转不变分类识别,验证了方法的有效性。