基于U-Net网络的结构光三维测量术

结构光条纹投影是广泛应用的一种三维测量技术.虽然该技术经过几十年的研究和发展,但如何从单幅图像中快速获取物体三维形貌仍然是没有得到很好解决的难题之一.近几年,深度学习方法广泛应用于计算机视觉和图像处理领域.提出一种基于U-Net网络的结构光三维测量方法.该方法直接从单个变形条纹图中获取物体表面的深度信息,实现三维形貌的快速测量.仿真和实际实验数据证明了所提方法的有效性.由于仅从一幅变形条纹中计算得到三维数据,所提方法可应用于动态物体三维面形的测量.     

使用双传感器系统降低光刀图像缺损误差

用线结构光扫描测量三维物体的过程中,由于物体表面的凹凸不平、反射率的不连续变化以及遮挡造成获取的条纹像存在各种缺陷,导致最后得到的三维面形数据存在偏差。基于此,提出了一种采用双传感器,并将两个传感器图像映射到光刀平面上,然后再对其进行面内融合处理最后提取中心线的方法。对此方法进行了计算机模拟,并对牙齿进行了测量。实验结果表明该方法实现简单,在存在条纹缺陷的地方,精度可以明显提高,有效地降低了条纹缺陷导致的数据偏差。     

基于激光线扫描的颜色恢复方法

线结构光扫描法是一种常用的三维探测方法,它可以应用于水下和空气中进行目标的探测。在目前线结构光扫描三维重建理论的基础上,研究了同时获取三维信息和颜色信息的方法。红、绿、蓝激光作为三色光源,依据颜色混合原理,进行相应颜色空间变换,用于水下物体的三维真彩色恢复。结果表明,物体的颜色恢复到人眼的视觉效果,并且目标物体的三维信息重建精度达到毫米量级。     

红外人脸隐蔽性三维测量

提出了一种利用近红外结构光对人脸进行隐蔽性三维测量的方法。将波长为850nm的红外结构光条纹投影到人脸表面,利用相位测量轮廓术获取人脸的三维数据。用频谱分析的方法讨论了皮肤对结构照明光场的影响,通过实验给出了系统等效的传递函数,并计算分析了皮肤对红外正弦条纹对比度的影响.由于皮肤的透射和散射等特性,在设计人脸三维测量系统时,必须使用较低空间频率和较高对比度的结构光。实验结果表明,文中提出的方法是可行的,满足人脸隐蔽性三维测量的要求,在医学美容、人脸识别等领域具有广阔的应用前景。     

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。     

激光三维扫描仪距离像的平滑和建模

采用激光三维扫描仪对物体表面进行测量时,得到的距离像中通常含有较大的误差。本文采用小波变换的多分辨率特性,给出了一种自动距离像平滑方法,处理后的结果很好地保留了原始距离像中细节部分的信息。本文还给出了一种快速的结构化距离像建模方法,直接利用距离像数据点之间存在的领域信息生成以三角形网络表示的曲面。实验结果表明了本文提出的方法的有效性。     

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。     

一种激光位置准确提取方法

用主动视觉方法获取物体表面的空间和彩色信息需要充分利用照射在物体表面上的激光线所包含的信息，因此，准确地将激光线在图像中的位置提取出来就成为主动视觉方法中的一个关键问题。但是，由于遮挡、物体表面反射特性等的影响，所摄图像不能反映出激光线的准确和寒带的信息，从而给激光线位置的准确提取带来困难。文中分析了激光带状线的提取方法和将其单像素细化的方法，并且采用三次样条函数插值方法进行补断。实验结果说明该方     

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。     

基于模型的自由形态物体匹配方法研究

匹配是物体识别中的一个重要部分。针对自由形态物体识别问题提出了一种快速匹配算法以计算模型与物体之间的刚体变换。算法在最近点迭代匹配算法的基础上,针对用结构光方法重建获得的三维物体表面,对数据点进行了加权处理,以减弱曲面重建产生误差对匹配精度的影响。并对匹配运算采用了多分辨率分层匹配方法,对低分辨率模型的刚体变换进行粗略计算,将结果作为高分辨率模型数据计算的初始值,大大减少了匹配的计算代价。实验结果证明了文中提出方法的有效性。     

基于莫尔条纹的三维物体的旋转不变识别

本文提出一种基于莫尔条纹的三维物体旋转不变识别方法。采用阴影莫尔法的装置和频域滤波的方法,可得到物体的莫尔条纹图。因为物体的莫尔条纹是物体的等高线,体现三维物体特征的高度函数以莫尔等高线的形式编码于强度图中,因此基于莫尔条纹的相关识别具有本征三维识别的特点。采用振幅调制和功率谱相减的联合变换相关,用实现旋转不变识别的综合鉴别函数(SDF)作为联合变换相关输入的参考图像,来获得具有识别目标的旋转不变性和高的相关识别率。计算机模拟试验结果证明了这种方法用于三维物体旋转不变性识别的有效性。     

基于对数极坐标映射的目标搜索方法

文中提出了一种基于对数极坐标映射的目标搜索方法,均匀取样的传感器所获得的像包含有许多相对特定目标搜索而言冗余的信息,对这些信息的处理往往要消耗许多时间。对数极坐标映射可以近似模拟人眼视网膜到条状表皮的映射,利用映射的比例和旋转不变性,可以对大视场目标进行搜索识别。对数极坐标映射将对空间均匀取样得到的图像变换成非均匀取样的图像,减少冗余像素,压缩搜索空间,从而降低运算量,提高系统的目标快速捕获能力     

实时全息图的自动计算

用Ａｒ激光器作光源，光导热塑料作记录介质ＣＣＤ－－微机系统作探测器，从理论和实验上研究了三个干涉图法的实时全息图的自动计算。该工作不但可以再现被测物体变形的二维等高线，也可以现现其三维变形表面，从而实现变形物体的三维测量，作为实例，测量了压力鼓的变形。     

DMD芯片在光栅投影三维轮廓测量技术中的应用

光栅投影成像法经常用于物体的非接触形状测量和形变测量。通过莫尔相移法,可以实时获得物体表面的等高轮廓线。但是在测量高速运动物体三维轮廓图像时误差较大,因为相移法需要拍摄几张经过相移后的变形光栅。在加入了DMD芯片后,可以在CCD的一帧图像时间内完成所有的相移后变形光栅的图像拍摄,有效地降低了高速运动物体三维轮廓成像的误差。     

动态连接权的目标搜索神经网络模型

提出一种基于初级视觉皮层的图像目标搜索模型,该模型只采用方位选择性细胞和皮层内有限范围水平连接等Ｖ１ 基本单元,以链码表示的目标轮廓作为知识,允许该知识以时间脉冲形式控制Ｖ１ 区内神经细胞的动态活动,和网络中的动态连接权相配合,使与知识轮廓形状相符合的轮廓内细胞逐步进入并维持在兴奋状态,最终实现对视野中特定目标轮廓的提取     

双曝光数字全息三维变形测试

全息三维变形测试在军事、工业测试中有重要意义,而传统的全息术由于记录、显影、定影、再现、复位等条件使其应用受到限制。文中应用CCD 实现了数字全息,不仅避免了传统全息显影、定影等过程,也避免了全息材料非线性记录等缺点,并基于双曝光全息干涉术和四步相移法原理,实现了数字相移,取代了传统的应用压电位移器等机械相移法,实现了物体的三维变形测试。由物体变形的二维等高线图和三维立体图,可判读物体变形的大小、变形的方向和变形的形状。大量的实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,而且具有操作简单,测试精度高,其精度容易达到1 /10 波长。     

Shape-Memory Balloon Structures by Pneumatic Multi-material 4D Printing

4D printing is an attractive approach for manufacturing structures that can adopt new shapes or functionalities after printing. However, 4D printing methods and materials that can be used to achieve structures with complex shapes and excellent mechanical properties simultaneously are still lacking. Here, a novel 4D printing is developed where multi-material digital light process 3D printing of shape memory polymers (SMPs) fabricates a structure that is later transformed into a complex 3D shape with robust mechanical properties by pneumatic manipulation. In this method, the shape change is controlled by the spatial distributions of SMPs, which is designed by finite element analysis. Experimental investigations are carried out to print various structured balloons with predefined intricate shapes, including a structure in dog-like shape and a surface with the human face contour. These structures are also endowed with robust mechanical stiffness and lightweight features, which allow this new 4D printing approach for potential applications in biomedical devices, reconfigurable structures, and metamaterials.     

三维物体形状检测与重构系统的研究

三维物体形状检测与重构技术是计算机图像处理技术的一个分支,在众多领域有着广泛的应用前景。文中介绍了基于面结构光投影法的三维物体形状检测与重构系统,阐述了测量原理,建立了数学模型,给出了系统检测与重构的步骤,并根据检测得到的三维点云数据的特点,提出了适合本课题的简单、有效的三角网格化方法。实验结果证明该系统能够进行有效的检测与重构,具有很好的应用价值。