一种基于SFS方法的含高光表面三维重构系统

针对含高光表面三维形状重构的需求,设计了一种基于从明暗恢复形状(SFS)方法的三维重构系统。在正交投影条件下由CCD相机获取点光源照射下的物体表面图像,使用Ward反射模型描述含高光表面的反射特性,建立物体表面图像辐照度方程。系统软件将该方程转化为包含物体高度信息的H-J偏微分方程,并计算此偏微分方程的解,得到物体的高度函数,进而恢复出物体的表面形状。实验表明,该系统可以有效地重构含高光表面的三维形状。     

SFS与特征点对应技术结合的形状测量法研究

以特征点对应技术为基础的摄影测量术有着广泛应用,但存在着测量数据稀疏的缺陷,对此提出了SFS（Shape from shading）与特征点技术相结合的方法,加密插值点,解决复杂表面形状测量问题。首先设计了用于测量的摄影系统,然后讨论了图像平面的剖分算法,最后给出SFS与特征点技术结合的有限单元形式,并设计了多重网格加速求解算法。算例表明,该算法效果令人满意。     

基于SFS的加工表面三维形貌重建研究

明暗恢复形状(Shape From Shading,SFS)是计算机视觉中一个重要的研究课题,该算法应用于工件表面微观形貌重建,为快速检测表面质量奠定了基础.采用了SFS算法中的最小化方法,介绍了该算法的实现步骤和计算方法.首先利用合成图像对算法的准确度进行了验证,获得了较为准确的重建图像,继而利用工件表面显微图像对工...     

CAD三维建模技术的发展

随着现代先进机械设计方法的快速发展,受CIMS计算机集成制造系统、并行工程(Concurrent Engineering,CE)、敏捷制造(Agile Manufacturing,AE)的影响,对CAD三维建模方法提出了新的要求,文章着重介绍了三维设计的优点及其发展历程。     

基于断层图像的RP三维重构中层间轮廓线性插值算法

断层轮廓的层间插值可以减小相邻层间距,一方面使断层轮廓数据能直接用于快速成形,实现RE／RP的直接集成;另一方面可以增大相邻层轮廓间的相似性和重叠度,保证重构结果的正确性。层间轮廓插值主要采用线性插值法。在研究层间轮廓线性插值各种插值点对建立方法的基础上,提出了一种改进的线性插值算法,并以此为基础研究了轮廓分裂分支处理后的独立分支和连通分支的层间轮廓线性插值方法,能有效地在分支轮廓处进行层间线性插值。该算法经应用后表明是可行的,且可靠性较高。     

钛合金二维微观组织结构的计算机重构技术研究

为克服现有计算机重构算法的不足,提出基于几何特征提取和可视化仿真相结合的高效计算机重构算法。以钛合金材料的扫描电子显微镜实验数据为依据,在进行晶粒轮廓几何特征分离提取的基础上,基于计算机语言进行材料二维微观组织结构的可视化设计,最终实现了钛合金材料二维微观组织多晶粒拓扑结构的计算机重构。     

模块化重构机器人技术的现状与发展综述

回顾了过去20年中模块化可重构机器人的发展历史,介绍了模块化可重构机器人的概念、特点、分类方法及这一领域的主要研究内容和现在的最新进展情况.概述了我国在模块化可重构机器人技术上所取得的成就.最后,对模块化可重构机器人未来发展的关键技术及可能遇到的各种挑战进行了预测,为未来该技术的发展提供了方向.     

基于单目视觉的轴类零件3D重构技术

在结构化环境下,提取轴类零件三维信息是实现机械手自动上下料的重要环节。首先采集放置于特定工作台上的轴类零件图像,其次利用超红特征和Otsu法获取超红特征灰度图并进行动态阈值分割,提取标准圆的像素半径,进而获取每毫米所代表的像素值;利用拟合直线方程可获取摄像机与工作台的距离,同时利用亮度特征,采用相同的方法获取轴类零件的像素尺寸,然后利用每毫米所代表的像素值计算轴类零件的实际尺寸,完成轴类零件的三维重构。该技术降低了软硬件的复杂性,可实现机械手智能抓取轴类零件,为数控机床无人化操作的可行性发展提供了理论基础。     

三维打印技术的发展现状与趋势

介绍了三维打印技术的基本原理、特点及其使能技术,分析了它的发展状况,讨论了其发展方向,并指出三维打印技术是未来快速成形技术的一个重要发展方向.     

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。     

一种光学元件面形三维重建的算法研究

为了在线检测光学元件面形,介绍一种基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法,目前这种方法多用于检测高反射率的物体,因此将该方法运用于检测光学元件面形是一种新的尝试。实验的三维重建算法是通过MATLAB和VC++软件共同编写程序实现的,实验结果表明,将这种方法运用于检测光学元件是可以真实还原光学元件三维外貌特性的,所以它的研究具有可行性和研究价值。     

Method for 3D fibre reconstruction on a microrobotic platform

Automated handling of a natural fibrous object requires a method for acquiring the three‐dimensional geometry of the object, because its dimensions cannot be known beforehand. This paper presents a method for calculating the three‐dimensional reconstruction of a paper fibre on a microrobotic platform that contains two microscope cameras. The method is based on detecting curvature changes in the fibre centreline, and using them as the corresponding points between the different views of the images. We test the developed method with four fibre samples and compare the results with the references measured with an X‐ray microtomography device. We rotate the samples through 16 different orientations on the platform and calculate the three‐dimensional reconstruction to test the repeatability of the algorithm and its sensitivity to the orientation of the sample. We also test the noise sensitivity of the algorithm, and record the mismatch rate of the correspondences provided. We use the iterative closest point algorithm to align the measured three‐dimensional reconstructions with the references. The average point‐to‐point distances between the reconstructed fibre centrelines and the references are 20–30 μm, and the mismatch rate is low. Given the manipulation tolerance, this shows that the method is well suited to automated fibre grasping. This has also been demonstrated with actual grasping experiments.     

基于运动恢复的双目视觉三维重建系统设计

对基于双目立体视觉的一种三维重建系统进行了改进和扩展。将视差细化处理环节引入现有系统,使原视差及相邻视差的匹配代价拟合为一条二次曲线,并为该曲线重新寻找更加精确的视差。进一步将运动恢复计算环节引入系统,通过估计当前视角的摄像机运动矩阵和以跟踪点和摄像机运动矩阵为参数构造能量函数,对能量函数进行优化来有效缩小误差,恢复出准确的运动矩阵。实验结果表明:新增的视差细化处理环节有效提升了重建点云的精度,使细化前后三维重建结果误差平均减少了16.3%,避免了片状点云现象;新增的运动恢复优化环节,能够精确地恢复摄像机的运动矩阵,优化后三维重建结果平均重投影误差减少了95.5%;重构后不同视角的点云之间不再孤立,重建模型整体拼接自然。     

基于三维形貌重建的镗加工表面粗糙度检测

以计算机显微视觉为检测手段,采用明暗恢复形状方法重建加工表面微观形貌,进而检测加工表面粗糙度.根据微观金属表面反射特性,采用基于Torrance-Sparrow光照模型的明暗恢复形状算法,完成了镗加工表面图像三维形貌重构与表面粗糙度参数检测.     

基于Matlab的一维插值在曲面三维重建中的应用

提出了基于Matlab的任意闭合型值点的一维三次样条插值方法,并应用于闭曲面的三维重建中。首先对物体进行360°扫描测量,获得物体表面三维条形图。经过曲面切片、型值点提取、点列排序、一维插值、数据融合,得到闭曲面四边形网格图。给出了完整的基于Matlab的算法描述,并通过三维重建实例,验证了方法的有效性和可行性。     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法,可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。通过插值即可快速得到符合行对齐原则的左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于0.8 pixel。水池实验采用事先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为2.8 mm,具有较高的测量精度。     

采用可编程逻辑控制器的大型物体三维扫描重建

本文提出了一种新颖且实用的三维重建系统,以获取大型物体的三维数据。文中对该系统的组成以及所采用的方法和原理进行了研究。该系统由一个基于红外的三维扫描仪、两个导轨和一个基于PLC(可编程逻辑控制器)模块的高精度运动控制系统组成。运动控制系统控制安装在导轨上的三维扫描仪做匀速运动;三维扫描仪向物体投射红外线,并重建物体上所投射的红外线段;接着,系统根据三维扫描仪的运动速度,拼接局部重建数据,最终获得大型物体完整的三维重建数据。实验结果表明:与基于激光测距拼接的方法相比,该方法的测量速度约提高了7倍,测量精度约提高了2.5倍。基本满足工业生产中大型物体自动三维重建的稳定可靠、精度高、速度快等要求。     

基于形状特征的管路接头测量和三维重建方法

针对复杂管路系统中的接头同步测量和三维重建的难题,提出一种基于形状特征的管路接头测量和三维重建方法。该方法通过接头CAD模型边缘轮廓和实物图像边缘轮廓进行形状特征匹配来实现接头空间位姿的测量。首先通过建立虚拟相机"视点球"获取接头CAD模型边缘轮廓的投影图像,经过金字塔分层组成接头的形状特征图库;然后与获取的接头实物图像边缘轮廓进行对比匹配;最后利用最小二乘法迭代求解接头的空间位姿,并重建接头的三维模型。开发了管路多目视觉测量系统并进行了接头位姿测量和管路三维重建实验,实验表明该方法的接头测量和三维重建时间可控制在1min内,位置误差为0.654mm,姿态误差为0.73°,测量和重建的效率与精度满足工程要求。     

A vision-based, 3D reconstruction technique for scanning electron microscopy: direct comparison with atomic force microscopy

High-resolution, detailed 3D reconstructions of biological specimens obtained from scanning electron microscopy stereo-micrographs and proprietary software were compared with Tapping-Mode AFM datasets of the same fields. The reconstruction software implements several original solutions including a neural adaptive point-matching technique, the ability to build an irregular triangulated mesh rather than a regular orthogonal grid, and the ability to re-map one of the original images exactly onto the reconstructed surface. The technique was applied to human nerve tissue to obtain 1,424 x 968-pixel, texture-mapped datasets, which were subsequently compared against 512 x 512-pixel AFM datasets from the same viewfields. Accounting for the inherent differences of the two techniques, direct comparison revealed an excellent visual match. The correspondence was also quantified by calculating the cross-correlation coefficient between corresponding altimetric profiles in SEM and AFM data, which consistently exceeded a figure of 0.9, with a rate of point mismatch in the order of 0.01%. Research is still underway to improve the robustness of the technique when applied to arbitrary images