基于变分光流的三维运动检测与稠密结构重建

提出了一种基于变分理论的由稠密光流检测图像中目标物体三维运动与结构的直接方法。首先在透视投影模型下将目标物体的三维运动参数与图像光流联系起来,构建了一个未知量是三维运动参数的能量函数,然后使用变分方法直接求出图像中目标运动物体的三维运动参数,最后由求出的三维运动参数恢复物体表面的三维稠密结构及图像光流。该方法在对目标物体进行三维运动检测时省略了"光流计算"这一中间过程,避免了图像光流计算给三维运动检测结果带来的误差影响和时间消耗。多组实验证明该算法具有较高的计算精度、较好的鲁棒性和较快的计算效率。     

基于光流的物体移动速度检测技术

通过采集目标物体的运动图像,根据移动物体运动场和光流场的关系,由运动主方向的原理,确定出物体移动的方向;采用一种基于金字塔式的L-K算法对移动物体的光流速度进行计算;把图像中的光流速度转化为物体的实际移动速度。实验结果表明,该算法能有效地检测出物体的实际移动速度。     

金字塔光流三维运动估计与深度重建直接方法

针对基于图像序列光流的三维运动估计与深度重建问题,提出一种基于图像金字塔光流的三维运动估计与深度重建直接方法。首先根据光流计算亮度守恒假设和像素点光流与三维空间点运动的对应关系推导出基于图像亮度的三维运动守恒假设;然后借鉴变分原理,通过设计基于L1模型的鲁棒数据项以及图像与运动联合控制的平滑项构造基于变分光流的三维运动估计能量函数;为了应对图像序列中包含的大位移运动及运动遮挡问题,采用图像金字塔分层策略设计三维运动估计模型;最后根据图像三维运动估计结果重建图像中运动物体或场景的深度信息。实验表明,该方法能够较好地应对图像序列中光照变化、多目标大位移运动以及运动遮挡等情况,具有较高的三维运动估计与深度重建精度和较好的鲁棒性。     

从一维透视投影光流场恢复二维刚体运动和形状

研究从一维透视投影光流场恢复二维刚体运动和结构。证明利用一维透视投影光流场中最少 5个光流点可以完全确定刚体的二维角速度和角加速度 ,一般情况下有 2个解。利用一维透视投影光流场只能确定含一个未知比例因子的刚体二维平移速度、平移加速度和二维刚体的结构 ,因此可完全确定二维刚体的形状     

基于FPGA的Lucas-Kanade算法优化

在FPGA平台上实现基于光流法的视频运动目标跟踪系统,采用Lucas-Kanade算法进行光流场的计算,在图像预处理阶段提出使用三维高斯滤波代替传统二维高斯滤波,引入相邻像素点在时间轴方向的相关性,增强图像的滤波效果。在3D导数计算阶段提出在求导方向的正交面上进行平滑滤波,并采用匹配的导数和平滑参数,提高光流场计算精度。在FPGA平台上设计多级主流水线加子流水线结构,设计了四端口RAM进行图像缓存,优化了最小二乘矩阵单元和浮点数运算单元,实现了实时视频运动目标跟踪。     

基于双目立体视觉的光笔式三坐标测量系统

提出了一种基于双目立体视觉系统的光笔式三坐标测量系统。该系统基于接触式测量方式,以带点光源的光笔作为接触测量工具。首先,对摄像机进行了高精度的标定,建立了双目立体视觉系统模型;其次,通过左右摄像机拍摄的二维图像,将两幅图像中的点进行匹配,获得光笔上的LED光斑中心三维坐标;然后,由一系列LED光斑中心的三维坐标拟合直线,从直线上得到笔尖的三维坐标。实验结果表明,该方法实现了对物体的接触式测量,具有结构简单、成本低的优点,并且具有较高的精度。     

三维物体全视差全息体视图的快速计算

针对传统全息技术对三维数据源要求高、计算量大以及实现速度慢等问题,提出了一种三维物体全视差全息体视图的快速计算方法。该方法对全息面和再现面分别进行空间分割和频谱采样,通过迭代傅里叶变换算法计算多个基元全息图,叠加构成全息图单元。由摄像机获取三维物体不同角度的二维视差图像,基于人眼双目视差立体视觉原理,构建视差图像与全息图单元的对应关系。最后,利用全视差图像调制全息图单元中对应衍射方向的基元全息图,快速合成三维物体全视差全息体视图。基于液晶空间光调制器构建的光学系统对全息体视图进行了再现实验。结果表明,与传统全息图计算方法相比,本文方法容易获取数据源,计算量较小,能够快速计算全息体视图,实现三维物体不同视角图像的再现。     

基于单目多幅灰度图像的三维曲面测量方法

基于单目多幅灰度图像的三维曲面测量方法,能以自然方式提取物体表面的形状信息,且易于实现系统间的信息集成,属于非接触性测量,具有应用前景。介绍了适合于曲面测量的改进光照模型,然后采用非线性最小二乘优化方法来确定光照参数,并给出针对该模型提出的基于单目多幅图像的曲面重构算法。试验结果表明,该测量方法有效可行,具有一定的实用价值。     

基于降质图像-光流场复原的智能轮椅测速

提出一种运动图像去模糊复原和基于仿射运动模型的光流场去抖动方法,以提高智能轮椅中光流里程计测速方法的精度。当轮椅线速度或角速度较大时,导致机载相机成像产生显著的运动模糊;且轮椅机器人的机械抖动也易产生光流场的偏差,进而影响速度估计的精度。针对于此,首先利用一种基于自适应模糊核的运动图像去模糊方法实现图像复原,以改善视频帧质量;其次,针对智能轮椅在行进中的机械抖动,利用随机抽样一致(RANSAC)排异后的光流场,在卡尔曼滤波框架下估计同名像点的仿射运动模型参数,进而实现光流补偿。实验结果表明所提方法能够提升基于光流场的智能轮椅视觉测速精度。     

改进型图像中的直线快速检测

为提高数字图像中的直线的检测速度,从时频域变换和空间域变换两个角度出发,提出了一种改进型数字图像中直线快速检测方法。首先,采用小波提升提取图像中的低频轮廓信息,抑制高频噪声。然后,对像素降低后的图像进行二值化处理;基于"两点确定一条直线"以及Hough变换过程中"图像空间中一条直线上的多个点对应参数空间中一个点"的原理,按照从局部到整体的检测顺序,将二值化后图像空间中的非零点映射到参数空间中具有较大存在概率的累加单元,而不是所有可能的累加单元。最后,对累加单元进行统计,以确定图像中直线的参数。利用该方法对一幅像素为128×128的数字图像进行直线检测,耗时为213ms。该方法有效地提高了数字图像中直线检测的实时性。     

4自由度并联机构刚体动力学模型

以一种具有空间SCARA运动(三维平动和一维转动)的四自由度并联机构为研究对象,系统研究其简化刚体动力学模型的创建方法,提高了力矩求解精度。在运动学分析的基础上,利用虚功原理,建立机构的完备刚体动力学模型,并利用ADAMS校验该模型的正确性。考虑机构各活动构件的结构和运动状态,建立机构的单变量简化刚体动力学模型,奠定了变量优化的模型基础。以机构沿标准轨迹运动时,将完备模型和简化模型计算所得的单轴驱动力矩差值的最大值的绝对值的平均值作为优化目标,分析各尺度参数对优化目标的影响规律,为简化模型的最优变量确定提供指导。以一组给定参数为例,利用单目标优化方法,求解出变量最优值,通过与现有简化方法对比,验证了所述方法的有效性。     

基于激光扫描的密集泡状流三维重建与优化

为测量密集气液泡状流的流动形态及参数,建立了基于激光扫描的三维可视化测量系统。采用片状激光结合旋转正多边形棱镜实现对流场的光学扫描,高速摄像机采集扫描切片图像,首先对图像进行预处理。针对扫描成像中产生的切片重复曝光问题,提出二阶微分平均卷积优化算法,该方法不仅可以有效提取多切片图像中重复曝光的特征点,而且可以去除冗余及噪声信息。实验结果表明,针对分散相遮挡的密集泡状流,基于激光扫描可完整重建其三维结构,二阶微分优化算法可以有效降低重建畸变影响,重建后体积含气率的相对误差优于6%。激光扫描方法非侵入、重建精度高,具有传统方法不可比拟的优势。     

Design of compliant straight-line mechanisms using flexural joints

Straight-line compliant mechanisms are important building blocks to design a linear-motion stage, which is very useful in precision applications. However, only a few configurations of straight-line compliant mechanisms are applicable. To construct more kinds of them, an approach to design large-displacement straight-line flexural mechanisms with rotational flexural joints is proposed, which is based on a viewpoint that the straight-line motion is regarded as a compromise of rigid and compliant parasitic motion of a rotational flexural joint. An analytical design method based on the Taylor series expansion is proposed to quickly obtain an approximate solution. To illustrate and verify the proposed method, two kinds of flexural joints, cross-axis hinge and leaf-type isosceles-trapezoidal flexural（LITF） pivot are used to reconstruct straight-line flexural mechanisms. Their performances are obtained by analytic and FEA method respectively. The comparisons of the results show the accuracy of the approach. Both examples show that the proposed approach can convert a large-deflection flexural joint into approximate straight-line mechanism with a high linearity that is higher than 5 000 within 5 man displacement. This can lead to a new way to design, analyze or optimize straight-line flexure mechanisms.     

Digital correction of motion artefacts in microscopy image sequences collected from living animals using rigid and nonrigid registration

Digital image analysis is a fundamental component of quantitative microscopy. However, intravital microscopy presents many challenges for digital image analysis. In general, microscopy volumes are inherently anisotropic, suffer from decreasing contrast with tissue depth, lack object edge detail and characteristically have low signal levels. Intravital microscopy introduces the additional problem of motion artefacts, resulting from respiratory motion and heartbeat from specimens imaged in vivo. This paper describes an image registration technique for use with sequences of intravital microscopy images collected in time-series or in 3D volumes. Our registration method involves both rigid and nonrigid components. The rigid registration component corrects global image translations, whereas the nonrigid component manipulates a uniform grid of control points defined by B-splines. Each control point is optimized by minimizing a cost function consisting of two parts: a term to define image similarity, and a term to ensure deformation grid smoothness. Experimental results indicate that this approach is promising based on the analysis of several image volumes collected from the kidney, lung and salivary gland of living rodents.     

从一维透视投影图恢复二维刚体运动和结构

研究从一维透视投影图恢复二维刚体运动和结构。证明利用 3幅一维透视投影图中最少 5组对应点可以完全得到二维刚体的旋转运动参数 ,一般情况下有 4个解。可以得到含一个未知比例因子的二维刚体平移运动参数和结构参数 ,能完全确定二维刚体的形状。     

采用仿射变换的桨叶变形摄像测量Newton-Raphson算法

提出一种基于仿射变换的(Newton-Raphson,简称N-R)数字图像相关算法.首先,采用人机交互的方法在变形前后的图像中选取匹配特征点,计算仿射变换参数;然后,根据仿射变换位移模式计算目标子区中心点的位移,将其用作N-R算法的初值.为降低计算量,采用全场插值,插值运算次数降为常规插值的1％左右.仿真测试表明,基于仿射变换的N-R算法在精度保持不变的情况下显著减少计算时间,克服了常规N-R算法计算量大、效率低、只适用于无刚体转动目标等缺陷,为开发直升机桨叶变形摄像测量系统提供了算法基础.