采用立体视觉实现子孔径拼接测量的工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统。介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求;引入了立体视觉辅助测量系统,建立了通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01°,可为优化拼接算法提供一个有效的初始值,该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠。     

采用立体视觉的子孔径拼接测量工件定位

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量,提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法,建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统,对该系统的数学模型、测量原理以及基于四元数法的位姿变换矩阵求取方法进行了研究。首先,介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理,并基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求,接着引入了立体视觉辅助测量系统,建立了其通用测量模型,利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标,在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵,然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下,完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150mm平面和100mm球面的检测。实验结果证明,在本系统中,立体视觉系统平移定位精度优于0.1mm,转动测量精度优于0.01度,能够给优化拼接算法提供一个有效的初始值,且该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且在其视场范围内不产生误差累积,方法简单实用,稳定可靠。     

基于平面基线靶标的视觉测量数据拼接方法

针对视觉测量中三维数据的拼接问题,提出一种基于平面基线靶标的数据拼接方法。该方法利用平面基线靶标提供特征点,建立视觉传感器在相邻位置坐标系旋转矩阵和平移矢量各参数的优化目标函数,通过Levenberg—Marquardt优化算法求解出旋转矩阵和带有未知系数平移矢量。在此基础上,利用平面靶标上的基线长度确定平移矢量系数,从而求得数据拼接矩阵。利用平面靶标上100个点进行拼接试验,计算出x、y和z坐标拼接RMS误差分别为0．038 mm、0．022 mm和0．135 mm。结果表明该方法柔性好,适用范围广。     

快速离焦投影三维测量技术

随着数字投影技术的发展,基于投影的三维面型测量技术在多种场合得到广泛应用。基于相移的结构光投影测量技术以其算法简便精度较高得到较快发展。但投影仪为非线性仪器,会影响强度变化,进而影响相位测量精度;此外由于投影仪工作原理的投影速度受到限制。离焦投影技术的出现为高速测量和高精度测量提供了新的方法。总结了目前国内外对离焦投影技术的研究现状;从投影工作原理、相移算法、解包裹算法、误差补偿、条纹调制、标定技术及离焦投影技术的相关技术细节进行全面介绍,为数字离焦投影三维测量工作的研究提供参考。     

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.     

单摄像机结构光扫描系统中投影仪标定技术

传统的单摄像机、单投影仪三维扫描系统,利用相位值计算被测物体的高度信息,可操作性差,且测量精度不高.将立体视觉的三维重构技术引入到单摄像机、单投影仪扫描系统,利用相位值实现投影仪与摄像机的匹配,根据双目视觉的原理进行三维重构,测量精度明显提高.该技术的关键是投影仪的定标,研究了基于相位匹配技术的投影仪标定算法,实验结果验证了该算法的可行性.     

一种基于累积误差优化分配的多视角拼接方法

多视角三维拼接是三维测量的重要组成部分,为了提高多视角拼接的精度,提出了一种基于累积误差优化分配的多视角拼接方法。根据多视角点云数据的空间位置信息,构建环形拼接生成树,利用设计的环形结构将拼接产生的累积误差分散到各个视角,从而逐步提高整体拼接精度。实验表明,该方法能获得令人满意的拼接精度。     

采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接算法

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵,将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。对平面靶标上100个点进行两次测量,实验结果表明：单次测量精度为0.08mm,拼接均方误差小于0.237mm。该方法操作简单、可行,能满足一般的精度要求。     

线结构光多分辨率测量系统数据拼接方法

针对航空发动机叶片等复杂型面物体轮廓检测问题,应用多线结构光及多图像传感器,设计了可以实现被测对象整体轮廓及局部细节同时测量的多分辨率测量系统。提出一种基于二元经验模式分解的不同精度测量数据的拼接方法,利用二元经验模式分解方法将空间点集数据分解成一系列旋转信号分量,然后借助复小波变换对各旋转信号分量进行平滑处理,最后利用平滑后的旋转信号分量重构形成数据拼接曲线。实验结果表明,所提出的数据拼接方法可以从不同精度的复合信号中提取表征空间数据点集均值或趋势的光滑曲线,实现线结构光多分辨测量系统数据的高精度拼接,使测量系统在100 mm×100 mm测量范围内精度达到0.02 mm,达到了叶片工业现场的测量要求。     

平面子孔径拼接测量实验研究

通过椭圆形口径（长轴225mm,短轴161mm）SiC平面反射镜的全口径面形测量加工实验,验证了一种新的子孔径拼接测量算法—子孔径拼接迭代算法（SASL算法）的有效性。首先用100mm口径平面平晶的子孔径拼接测量与全口径测量的对比实验,确定了拼接测量相关参数及测量装置的精度指标。在此基础上设计了SiC平面反射镜的子孔径拼接实验,在搭建的拼接装置上实现了五次离子束迭代加工过程中和最终的全口径面形测量。这是国内首次将子孔径拼接测量方法用于指导加工实践,加工过程中的测量结果为面形误差修正提供了准确的数据,保证了最终全口径面形误差快速收敛到RMS 50nm。实验证明,SASL算法能大大放宽拼接装置对准运动的精度要求,并减少拼接过程对拼接结果的影响。     

Cult3D在机械产品网上发布系统中的应用

阐述了Cult3D的发展及特点,基于Cult3D平台,开发了起重机零部件网上发布系统,说明了该系统的主要实现技术和特点。     

High-resolution X-ray CT for 3D petrography of ferruginous sandstone for an investigation of building stone decay

Diestian ferruginous sandstone has been used as the dominant building stone for monuments in the Hageland, a natural landscape in east-central Belgium. Like all rocks, this stone type is sensitive to weathering. Case hardening was observed in combination with blackening of the exterior parts of the dressed stones. To determine the 3D petrography and to identify the structural differences between the exterior and interior parts, X-ray computed tomography was used in combination with more traditional research techniques like optical microscopy and scanning electron microscopy. The 3D characterization of the ferruginous sandstone was performed with a high-resolution X-ray CT scanner (www.ugct.ugent.be) in combination with the flexible 3D analysis software Morpho+, which provides the necessary petrophysical parameters of the scanned samples in 3D. Besides providing the required 3D parameters like porosity, pore-size distribution, grain size, grain orientation, and surface analysis, the results of the 3D analysis can also be visualized, which enables to understand and interpret the analysis results in a straightforward way. The complementarities between high-quality X-ray CT images and flexible 3D software and its relation with the more traditional microscopical research techniques are opening up new gateways in the study of weathering processes of natural building stones.     

基于Java 3D的机械零件网络动态显示的研究

Java 3D是基于Java平台面向对象的三维图形应用编程接口API,它和JSP、Servlet、数据库技术相结合,在网上实现机械零件的动态显示、浏览。远端客户机通过读取服务器端用户上传的三维图形数据,共享设计信息,实现网络上的协同设计。     

X3D基于Java的开发工具和浏览器--Xj3D的浅析

本文对基于WEB的交互式三维图形规范X3D（Extensible 3D,可扩展3D）与Java 3D技术的结合Xj3D工具进行了研究,详细阐述了该工具包的结构,各主要组成组件的功能与作用以及各组件之间的相互关系,并给出了Java 3D装载组件装载文件的一种具体实现方法.     

浅谈3D技术在个性化产品定制中的应用

定制个性化的产品已经越来越受到人们的关注与向往,个性化的产品的定制离不开先进的3D技术,在定制过程中,需要综合运用产品测绘、三维扫描、工业设计、3D建模、设计变更与优化、数据处理及转换等技术来把个性化的产品进行呈现,然后通过3D打印技术将产品模型数据打印出来,实现产品的个性化定制。     

应用小波域三维Context模型的视频图像去噪

提出了一种基于三维小波变换和分块Context模型的视频去噪新方法（3DWTBCM）。视频图像序列的各帧之间具有较强的相关性,在三维小波变换域内去噪可以很好地将这种相关性加以利用。根据视频图像三维小波分解域内系数和噪声分布的特征,利用小波系数具有局部相关性对小波系数进行分块,将系数分解成各个局部区域。再将Context模型用于局部块中,按照能量分布将块内的小波系数分成多个子块。对各部分进行能量估计和多阈值估计,获得去噪声最佳阈值,有效地消除噪声。实验结果表明,3DWTBCM的噪声抑制效果明显优于各种2D去噪声方法,和常用的3D去噪声方法,PSNR平均提高1.5dB以上。从视觉效果来看,本文算法在去除噪声的同时,能较好的保留运动图像细节,运动物体显得比较平滑,不存在传统算法中的拖影、闪烁等现象。     

汽车内饰设计中材质交互式设计模块的开发

传统的汽车内饰设计不适应客户的个性化需求,需开发方便客户参与的汽车内饰交互式设计系统,然而主流造型软件3D M ax设计的文件大,无法很好地实现基于网络的交互式设计。以汽车内饰设计中的材质设计为对象,研究一种新型的W eb3D技术方案解决这一问题,开发汽车内饰设计中的材质交互式设计模块。     

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。     

基于X3D技术构建虚拟液压传动实验室

以液压传动虚拟实验系统为例,基于X3D(可扩展3D)的在线液压传动构建了虚拟实验室,分析了关键技术,提出了实现虚拟实验系统的方案。     

3D打印在先进制造技术教学中的应用

随着3D打印的兴起,其应用越来越广泛。将123D Catch软件的照片建模技术和3D打印技术引入先进制造技术课程的教学,既丰富了教学内容,又提高了学生学习的兴趣。