结合三维几何形状信息和二维纹理的3D目标匹配

为了实现场景中三维目标与模型之间的匹配,提出了一种结合三维几何形状信息和二维纹理的三维目标匹配方法。首先提取场景中深度图像的尺度不变特征变换(SIFT)特征,用SIFT算法与三维模型重建时所用到的一系列2.5维深度图像进行一一匹配,找到与场景中目标姿态最为相似的深度图像,提取此深度图像的三维几何形状特征与模型进行匹配,实现模型的初始化,即将模型重置到与场景目标相接近的姿态。最后用融合二维纹理信息的迭代就近点（ICP）算法实现场景中目标与模型之间的匹配,从而得到场景中三维目标的准确姿态。实验结果验证了方法的可行性与精确性。     

基于SimXpert实现ProE模型向CAE模型快速转化的模板开发

为实现CAD/CAE集成一体化设计,基于SimXpert开发ProE模型向CAE模型快速转化的模板系统.该系统通过特征命名的方式自动快速地进行CAD与CAE之间的信息传递,从而实现SimXpert模板对ProE模型的识别以及向有限元模型的转换.利用外部XML文件数据库对模型所需要的属性进行自动识别和创建,并对相应的部件赋予这些属性.CAD模型向CAE模型的流程式快速转化可以提高数值模拟的效率.     

一种基于多特征融合的人脸检测技术实现

基于模板匹配的人脸检测方法,提出了两种方法来提高人脸目标的检测的精度。一种方法是利用人脸重要特征肤色,建立肤色的HSV颜色直方图模型,通过与目标区域的特征匹配,在视频序列图像中检测和定位人脸;另一种方法是利用了人脸的轮廓信息特征,建立人脸的矩特征,来解决人脸在比例、姿态和形状变化情况下的检测效率低的问题。改进的算法分别通过了人脸尺寸、形状和相似肤色实验验证,实验表明新的人脸检测方法可以有效实现对运动人脸目标的检测。     

基于过渡特征识别及过滤的三维CAD模型检索

为解决过渡特征对基于图匹配的三维CAD模型检索算法的效果和效率影响问题,提出一种三维CAD模型检索中过渡特征的识别及过滤算法.首先利用基于规则判断的方法识别出B-Rep模型中存在的过渡特征;然后根据识别结果对CAD模型的属性邻接图进行重构,以消除因过渡特征的存在对模型几何及拓扑信息造成的影响;最后利用重构的属性邻接图、通过子图同构方法实现基于过渡特征过滤的三维CAD模型检索.实验结果表明,该算法能够有效地实现对多种过渡特征类型的过滤,检索结果更符合实际工程需求.     

一种面向密封条长度检测的模板匹配优化算法

针对现有的汽车密封条长度测量设备中使用模板匹配算法检测特征点位置时,密封条自身旋转导致匹配效果差的问题,提出一种基于Hough变换的自适应模板更新算法。该算法在传统模板匹配方法的基础上,通过设定阈值对模板匹配效果进行判断;对于匹配效果不好的图像进行Hough变换,结合特征点的几何特征进行识别;通过特征点的位置与尺寸信息,将其转化为新的模板用于下一次的模板匹配,实现模板的自适应更新。试验结果表明,该算法弥补了传统模板匹配法对图像旋转异常敏感的问题,提高了识别的稳定性,同时保证了检测效率满足现场的要求。     

结合模型匹配与特征跟踪的人体上半身三维运动姿态恢复方法

人体姿态空间的高维性及单目视频深度信息丢失,导致从单目视频恢复人体三维运动姿态非常困难,为此,利用特征跟踪的快速性及模型匹配的鲁棒性,提出一种无标记人体上半身三维运动跟踪方法.该方法利用匹配SIFT特征,并根据长度不变性约束建立优化目标函数,再采用迭代优化算法得到全局运动位姿;其他关节的姿态先根据逆运动学计算初始估计值,并通过模型匹配验证其可信度,当初始姿态估计错误时,则使用局部搜索获得关节姿态.实验结果表明,文中方法可以准确地恢复单目视频中人体上半身三维运动姿态.     

基于三维模型的Android手机端人脸姿态实时估计系统

针对人脸姿态估计对系统性能要求高、在手机上运行无法满足实时性要求等问题,实现了一种Android手机端的人脸姿态实时估计系统。首先,由摄像头获得一幅正面和一幅偏移一定角度的人脸图像,利用从运动中构建结构(SfM)算法建立简单三维人脸模型;然后,提取实时人脸图像中与三维人脸模型相互对应的特征点,基于缩放正投影位姿估计(POSIT)算法估计人脸姿态角度;最后将三维人脸模型通过开放图形开发库(OpenGL)实时显示在手机屏幕上。实验结果表明,实时视频中检测人脸姿态并显示的速度可以达到20 frame/s,接近计算机端的基于仿射对应的三维人脸姿态估计算法,而且针对大量图片序列的检测可以达到50 frame/s,能够满足Android手机端的性能和检测人脸姿态的实时性要求。     

基于拓扑逼近的CAD模型局部结构检索

为了从大量CAD模型中检索出具有指定局部结构的模型,提出一种基于拓扑逼近的检索方法.根据建立的CAD模型上边界面的几何与拓扑信息表达模型,提出一种统一度量方法来计算检索对象与检索条件中不同类型边界面之间的相似度;利用基于广度优先搜索的图生成树算法得到检索对象与检索条件之间的初始边界匹配方案;提出拓扑逼近算法,并将初始边界匹配方案作为其输入条件搜索最佳边界匹配方案;在最佳边界匹配方案基础上计算检索对象与检索条件之间满足绝对误差限的相似度,实现CAD模型的局部结构检索.根据文中方法在UG平台上开发了CAD模型局部结构检索系统.实验结果表明,该方法能够有效地实现CAD模型局部结构检索,具有较好的精度和较高的效率.     

基于蚁群算法的三维CAD模型检索

为了更好地实现CAD模型的重用,提出一种利用蚁群算法的三维CAD模型检索算法.通过提取CAD模型的B-rep信息,将模型用属性邻接图来表示;根据如果2个CAD模型存在相似的特征或局部结构,那么CAD模型对应的属性邻接图就应存在公共子图这一原理,利用蚁群算法来检测属性邻接图中的公共子图,从而得到2个CAD模型相似的局部细节特征;然后通过比较相似局部细节特征对CAD模型进行相似性评价.实验结果表明,该算法能较好地实现三维CAD模型检索,检索性能高于通用领域的检索算法,可以实现CAD模型设计和制造知识的重用.     

多视角约束级联回归的视频人脸特征点跟踪

近年来,静态图像中人脸特征点检测算法得到了极大的改进,然而,由于真实视频中头部姿态、遮挡和光照等因素的变化,人脸特征点检测和跟踪仍然具有挑战性。为了解决这一问题,提出一种多视角约束级联回归的视频人脸特征点跟踪算法。首先,利用三维和二维稀疏点集建立变换关系,并估计初始形状;其次,由于人脸图像存在较大的姿态差异,使用仿射变换对人脸图像进行姿态矫正;在构造形状回归模型时,采用多视角约束级联回归模型减小形状方差,从而使学习到的回归模型对形状方差具有更强的鲁棒性;最后,采用重新初始化机制,并在特征点正确定位时使用归一化互相关（NCC）模板匹配跟踪算法建立连续帧之间的形状关系。在公共数据集上的实验结果表明：该算法的平均误差小于眼间距离的10%。     

基于点特征的旋转图像匹配新方法

图像匹配在模式识别、图像分析和计算机视觉中有着广泛的应用.图像匹配是将模板在参考图中逐像素移动,计算它们的灰度相似性,搜索相似性最大的位置.这种逐像素的搜索方法计算复杂度高.如果模板和参考图之间存在旋转,传统的匹配方法很难实时实现.提出了一种基于点特征的旋转图像的匹配方法,首先采用Harris角点检测算子提取图像的特征点,然后利用小面模型对特征点邻域进行拟合,提取特征点的旋转不变特征,最后利用特征点的旋转不变特征进行点集的匹配,获取图像的平移和旋转参数.该方法匹配结果准确,与传统的相关匹配方法相比计算复杂度很小,易于实时实现.     

空心涡轮叶片CAD模型与CT切片模型的配准研究

针对利用三维CT设备对空心涡轮叶片进行无损检测时存在的定位偏差问题,提出了一种基于三维数字样品的图像模型匹配方法,这对于充分利用有关叶片的先验知识,建立叶片无损检测专家系统具有重要的意义。该方法首先通过图像模型的一阶矩,进行灰度重心匹配;然后将叶片的图像模型与其CAD理论模型之间的残差平方和定义为优化目标函数,采用黄金分割方法搜索其极小值;同时利用叶片上预先指定的结构特征,求出空间变换的位置匹配参数和角度匹配参数,最后根据匹配参数精确地建立起从叶片CT切片模型到其CAD理论模型的空间变换。仿真结果表明:该方法不依赖于初始参数的选取,可达到满意的精度。     

基于双目视觉的工件定位与抓取研究

针对生产制造过程中工件的自动定位、识别与抓取等问题,研究基于双目立体视觉的工件识别定位方法;对每个工件进行SIFT特征提取,采用模板匹配方法实现工件的识别.用形态学方法获得工件特征点的二维信息,结合双目立体视觉标定技术得到工件的三维坐标,为机器人抓取工件提供信息;在实验中,相机标定、匹配识别与三维定位程序在MATLAB环境中执行,应用MATLAB和VC++混合编程技术将获得的工件信息传递给机器人的控制程序,实现了机器人对工件的在线实时抓取.     

PTZ摄像机视频与三维模型的配准技术研究

针对基于投影纹理映射的虚实融合系统,提出了一种PTZ摄像机视频与三维模型实时配准的技术.选取PTZ摄像机若干特定姿态的子图像组成一张全景图像,进行最优匹配图像的搜索,用SURF图像配准的方法对实时视频图像进行透视变换,利用最优匹配图像的三维投影信息将实时视频图像精确投影到三维模型中.实验结果表明,该算法具有较高的准确性,适用于虚实融合系统中PTZ摄像机视频的三维配准.     

基于KCF与改进ORB的增强现实方法

针对增强现实(AR)系统在进行虚拟信息叠加时待注册区域被遮挡的情况,提出一种基于实时特征检测与目标跟踪的AR系统三维注册方法。使用KCF算法对待注册目标区域与模板进行实时FAST特征匹配,通过改进ORB算法,提出SIFT-ORB-MRANSAC融合算法,完成特征点的提取、匹配以及误匹配去除。在此基础上,根据特征点之间的匹配关系计算注册矩阵,通过注册矩阵叠加虚拟信息实现对现实世界的增强。实验结果表明,该方法在光照变化、遮挡以及旋转变换的情况下,可将虚拟信息快速、准确地叠加到待注册区域,提高AR系统的运算效率。     

基于特征点加细的多分辨率人脸形变模型及人脸建模

提出基于特征点加细的原型三维人脸对应方法建立多分辨人脸形变模型,并根据该形变模型的特点使用多分辨模型匹配方法由单张正面人脸图像进行三维人脸建模。该方法以人脸模型上的眼、眉、口、鼻等主要几何特征为基准点标注基础网格,然后通过加细特征点网格完成原型人脸之间的对应,进而建立多分辨率的形变模型;根据形变模型的构造特点,把待匹配图像按照与模型相同方式进行加细,然后进行多分辨的人脸模型匹配。实验结果表明,新的对应算法可以有效地实现原型三维人脸之间的对应,能够克服传统的光流对应算法对应效果差,算法精度低的缺陷,提高形变模型的精度。新的匹配算法不仅能够加速模型的匹配速度,而且可提高模型匹配的效率和精度,缩短模型匹配的时间。     

基于UG的采煤机防爆盖板三维标注及数控工艺研究

随着三维CAD技术的发展,产品制造信息在三维模型和二维图纸之间的反复传递,严重影响了产品制造信息的正确、快速传递。基于三维产品制造信息技术,以采煤机防爆盖板为例,在UG NX10.0中建立了防爆盖板的三维模型并进行了三维标注,设计了加工工艺路线,规划了数控加工刀具轨迹,进行了加工仿真,验证了数控加工的正确性,在此基础上完成了采煤机防爆盖板的三维工艺式设计。该研究对基于模型定义的数字化设计与制造研究,实现制造业信息化具有重要意义。     

分层分区域管理的实时图像跟踪算法

为了实现当前屏幕图像特征点与模板图像中对应尺度下部分区域中特征点的快速匹配,解决图像跟踪算法中匹配精度与效率问题,提出一种特征点分层分区域管理的图像跟踪算法.在预处理阶段,对模板图像构造层次表示并对各尺度下的图像进行区域划分,在每个区域内同时提取ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征点和Harris特征点,由ORB特征描述子计算区域图像的词袋特征向量,由此构建图像特征点的分层分区域管理模式.在实时跟踪阶段,根据摄像机位姿跟踪的情况区分预测跟踪、重定位跟踪和光流跟踪3个分支.在预测跟踪和重定位跟踪中,先快速定位实时图像对应的模板图像的尺度层与区域,再通过实时采集的图像与模板图像中对应尺度下部分区域中特征点的局部匹配,实时地计算摄像机的位置和方向;在光流跟踪过程中对光流算法跟踪点进行实时更新,延长光流算法的运行持续时间.利用公开图像数据库中不同分辨率的模板图像在移动终端上进行实验的结果表明,文中算法性能稳定,匹配误差在1个像素以内;系统运行帧率总体稳定在20~30帧/s.     

基于子图同构的三维CAD模型局部匹配

针对整体相似性检索算法无法实施精确的局部结构匹配的问题,提出一种基于子图同构的三维CAD模型局部结构匹配算法.该算法通过提取CAD模型的B-Rep信息,将其表示为以面作为节点的属性邻接图.在局部匹配过程中,用户输入的局部结构被表示成"子图".待匹配的整体CAD模型被表示成"大图";则在整体CAD模型中.检索局部结构的问题就被转换成在"大图"中寻找同构"子图"的问题.子图同构是NP完全问题,通过利用CAD模型的面特征将图顶点有效细分,并利用已匹配顶点之间的邻接关系动态裁剪搜索空间,实现了快速的同构匹配.实验结果表明,该算法能实现精确的局部结构匹配,并且检索效率能满足实际应用要求.     

一种二维工程图向三维模型的尺寸映射算法

针对当前制造型企业内部存在二维工程图和三维CAD模型之间的数据共享问题,提出一种基于图匹配的二维工程图向三维CAD模型的尺寸映射算法,将二维工程图中的尺寸信息直接映射到对应的三维CAD模型上。首先将三维模型进行投影得到投影视图,然后将投影视图和二维工程图转化为一种空间关系图,对两个空间关系图进行图匹配,找出图元间的映射关系,并且利用工程图中尺寸标注的特点对算法进行改进,提高算法效率和可靠性。实验结果表明,该算法可以很好的实现二维工程图向三维CAD模型的尺寸映射。