基于径向基函数网络的图像三维恢复技术在雕刻加工中的应用

基于图像的三维恢复技术的目的是采用单幅图像中物体表面的明暗变化来恢复其表面各点的相对高度,从而对三维物体进行曲面恢复。提出了一种基于径向基函数网络模型进行图像三维恢复的新方法,建立了径向基函数的网络模型,并构造出一个曲面公式, 其中输出对两个输入变量的偏导数满足反射函数方程,反射函数方程中的灰度值已知,利用反射函数与灰度值之间的误差作为约束条件调节网络权因子、径向基函数中心和宽度,使得构造的曲面中每一点都满足反射函数方程,从而拟合整个曲面。该方法无需光滑约束和积分约束条件,求出的解是一个连续解。通过不同方法对合成图像圆球和花瓶的实验表明,该算法恢复的曲面的高度点最大误差精度提高1倍到4倍,平均误差精度提高5倍到20倍,恢复的曲面具有良好的连续性和光滑性,它不仅可以恢复图像中各网络点的高度,而且可自动内插网络点之间任意点,适合于任意反射模型图像的曲面反求,恢复出的曲面便于进行后置处理生成刀具路径,并进行雕刻加工。     

基于单幅图像的三维视觉测量与缺陷检测技术研究

研究了一种基于明暗恢复形状的三维视觉测量方法,可以通过单幅灰度图像获取表面三维形貌信息,进而对工件表面加工质艇或缺陷进行检测.本文采用了轴承表面质量进行检测分析,实验证明该三维测量方法能够精确获取工件表面的深度信息,并可以检测出轴承工件的表面缺陷区域的深度信息.同时,该方法具有操作简单,硬件成本低,处理速度快,精度较高的特点,能够用于工业在线检测.     

基于虚拟仪器的三维视觉检测系统设计

把计算机视觉领域中的明暗恢复形状(Shape From Shading,简称SFS)技术应用于工业产品的三维视觉检测,利用单幅产品图像的明暗灰度变化来得到物体表面形状信息,并采用全面像素不确定度进行检测分析。该检测系统采用Lab VIEW及其视觉开发工具来实现,可广泛应用于工业自动在线三维视觉形貌检测和质量控制。     

基于光度立体视觉三维重构算法的微观磨损形貌原位测量原理及方法

基于图像的表面微观磨损形貌分析在磨损机理及状态分析中具有重要的地位,三维显微成像技术的应用已经将二维磨损形貌图像分析拓展到更丰富的三维分析领域.然而,从设备维护及故障监测的角度,在机或原位测量显然比上述先进测量更具吸引力,并且复杂、昂贵的先进表面测量技术至今无法打破其在机或原位测量的壁垒.针对现场检测与三维分析的需求,将光度立体视觉原理引入至微观磨损形貌的原位测量,借助便携式平面图像采集系统进行光学设计,提出一种采用多阴影平面图像的三维表面重构方法.首先,通过张正友标定法实现空间点由图像坐标系到相机坐标系的转换;然后,基于成像系统建立近场点光源模型,并由光度立体视觉算法求解表面法向量;最后,基于FC算法计算表面深度与高度信息,完成磨损表面微观形貌三维重构.基于上述方法,研制便携式图像采集与三维重构系统,分别对平面和曲面两类表面进行检测试验,并与共聚焦显微镜测量结果进行对比.测量与对比结果表明,截面曲线上特征点之间的高度差误差小于4.2％,截面二维参数误差小于10.9％,三维表面参数误差小于12.9％.上述工作表明,所提出的方法为机械设备部件磨损表面原位测量与分析提供有效的技术手段.     

基于主成分分析的大型管道三维表面重建

针对大量的点云数据要求快速、方便且精度高的特点,在轮廓线拼接建模方法的基础上提出一种结合主成分分析的三维表面建模方法。由结构光扫描系统获得点云;通过热传导模型将点云进行片层分割并进行主成分分析,得到纬度圈,从而获得纬度圈上的所有对应点对;在相邻点对之间进行柱面插值连接,生成物体的四边形网格模型和三维表面模型。结果显示,被测管道重构表面平均误差为0.19 mm,小于采用基于轮廓线拼接方法得到模型的平均误差。结果表明,采用基于主成分分析的方法进行管道三维表面重构,其精度得到了有效地提高,满足工程测量的精度要求;同时也证明了该方法的正确性。该重构方法适用于表面是一阶连续性被测物体尺寸及变形的分析。     

视差图像的片光物体三维重构

提出一种基于视差图像结合片光技术的方法来重构物体的表面形貌。利用一组连续的图像对应的立体匹配点来计算视差值,并用于构建的片光模型中。提供两组不同高度的共面的光点,结合奇异值分解的算法来得出更精准的光平面,并用两幅描述同一运动的标定板图像来求更精准的对象移动位姿。采用对ROI区域精准定位有效部位,减少野点误差。实验证明,用此种方法能够有效准确的对物体表面进行重构,平均误差可达0.395mm。     

反求工程中基于图像的汽车零部件曲面的重建

从明暗恢复形状是计算机视觉中的一个重要的研究课题,其目的是利用单幅图像中明暗变化等信息来恢复其表面形状.本文提出的是一种基于汽车零部件曲面图像的三维数据模型重建方法,根据从明暗恢复形状原理实现汽车零部件灰度图像的深度信息提取,通过可视化编程实现建模过程.     

基于单目视觉三维恢复算法的微观形貌原位测量方法研究

工件表面微观形貌分析在机械加工及测量领域有着十分重要的作用。与二维形貌分析相比,三维形貌分析能够提供更全面的表面信息。然而,现有复杂、昂贵的先进测量手段始终无法实现原位测量。为了实现对工件表面现场检测和三维形貌表征,将基于单目视觉的SFS(shape from shading,从明暗恢复形状)算法及光度立体法应用至微观形貌原位测量领域,提出一种可以进行二维图像采集并进行三维形貌重构的原位测量方法,并对比两种算法在微观形貌三维恢复上的结果。基于上述方法,进行SiC工件表面三维形貌恢复试验,同时与共聚焦显微镜扫描结果比较。试验结果表明,相比于SFS方法,光度立体法重构结果更加准确,截线特征点高度差相对误差低于27.2%,截线二维参数相对误差低于32.8%,表面三维参数相对误差低于19.6%,为解决机械零件表面微观形貌原位测量难题给出了新的解决思路。     

SFS三维重构技术的发展现状与趋势研究

从明暗恢复形状(SFS)是计算机视觉中三维重构问题的关键技术之一,其原理是利用单幅图像的明暗变化来恢复物体表面的三维形状,应用领域十分广泛.介绍了近些年来SFS方法的发展现状,将SFS算法划分为四种类型:演化和偏微分方程(PDE)方法、最优化方法、局部化方法以及线性化方法.同时,分析了各种SFS算法的特点,并对SFS技...     

基于傅里叶变换轮廓术的磨痕形貌测量

往复冲击条件下,由磨损引起的接触表面磨痕的三维形貌的改变对接触润滑效应的研究具有非常重要的影响。在传统傅里叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry,FTP)测量系统中引入正弦光强产生装置以及图像实时采集处理系统,利用单幅条纹图像,快速、准确地重构出磨痕表面三维形貌。利用该测量系统对施加PB2400型润滑油方式下快速冲击一万次后的磨痕形貌进行了测量,利用FTP对采集的条纹图进行处理,获得该磨痕的三维形貌。将测量结果与粗糙度轮廓测量仪所得结果进行对比分析,验证该方法的可行性和有效性。将该测量方法与高速摄像机相结合,可以实现连续冲击过程中磨痕的瞬时三维形貌测量,为进一步研究接触润滑效应提出一种新的试验依据和方法。     

一种基于NL-SFS方法的三维人脸快速重建系统

针对快速重建三维人脸的需求,设计了一种基于非Lambert从明暗恢复形状(NL-SFS)方法的三维人脸快速重建系统。首先人脸表面采用非Lambert反射模型描述其反射特性,这更接近于人脸表面实际的反射特性;接着由遵循正交投影的摄像机获取光源作用下的人脸表面图像,同时假定摄像机方向与光源方向保持一致,建立人脸表面的图像辐照度方程;然后将该方程转化为包含人脸表面深度信息的Eikonal方程;最后根据上述方程的特点,利用fast marching方法设计了系统软件,能够快速求得Eikonal方程的解,进而重建出人脸的三维形状。实验结果表明,该系统可以在较短的时间内获得较高的重建精度,即0.9s内可达到0.43%的高度平均相对误差。     

基于单幅图像数据的三维重构方法研究

针对传统的基于阴影恢复形状方法（SFS）的三维重构方法的局限性,综合运用计算机视觉、图像处理和计算机辅助几何设计理论与技术,提出了一种实用的三维重构方法。采用SFS方法获取三维形貌信息,利用图像分割技术提取物体的二维轮廓信息,通过三维形貌信息与二维轮廓信息的融合建立物体的数字化模型,通过B样条方法实现数字化模型的重构。实例表明,该方法能够有效地去除图像的背景信息,改善重构模型的分辨力,为基于图像的三维重构技术的广泛应用提供了条件。     

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。     

Inspection of weld shape based on the shape from shading

The weld bead shape is crucial for weld quality. Automatic inspection on the 3D shape of a weld bead is achieved by recording the image of the weld bead with an optical sensing method and then calculating the 3D shape parameters with a shape-from-shading technology based on a single image in the computer-vision domain. The paper first introduces a method of shape from shading based on a single image and puts forward its implementation. It then presents the improved measures of the original algorithm according to the defects of the computed results and finds accuracy compared with the former method by a synthetic image. Finally, the improved algorithm is applied to the surface height reconstruction of weld bead successfully .     

散斑运动模糊复原的直线电机动子位置检测

图像测量技术具有非接触性、抗干扰性等优点被越来越多地应用到双次级永磁直线电机动子位置检测中。针对图像采集过程中所产生的图像模糊问题,提出了一种精确辨识运动模糊参数的方法,实现了直线电机动子位置的精确测量。采用数字散斑图像作为原始拍摄面,通过相机获得包含动子位置信息的序列运动模糊图像。利用奇异值分解对运动模糊图像进行去噪重构预处理,降低噪声对运动模糊参数辨识精度的影响。求取预处理后图像的倒谱图,通过主成分分析找到倒谱图二值化后亮线的主矢量方向即为模糊方向;同时作出倒谱三维图,利用其负峰值中两个最小值坐标求出模糊长度。根据计算的模糊参数值复原模糊散斑图像,再利用图像亚像素测量方法获得动子位置。实验结果表明:本文算法的计算耗时比Radon算法缩短了5倍多,不同位移下的平均绝对误差仅为0.084 7mm,满足直线电机动子位置检测的实时性和高精度要求。     

基于图象处理测量的轮对轮缘形状的研究

本文提出一种善于数字图象处理的轮对故障检测技术。该技术采用半导体激光器为光源通过高精度CCD传感器获取轮对踏面的图象．并将图象进行二值化和细化处理,分析踏面参数与系统参数的几何关系．从而得到踏面的几何参数值。现场检测的结果表明：本方法是可行的,具有测量精度高和稳定性好的特点,测量精度可达0.1mm。     

表面开口裂纹高度的超声无损测定

介绍了超声端点衍射法在表面开口裂纹高度中测定原理,自行设计了测量方案,试验运用K=1,1．5,2,2．5的探头分别对高度为2,3,5,7,9,11,13,15,17,20mm的裂纹进行了超声测量,结果表明K=1时,具有最高的测量精确度,且随着K值的增大,测量误差呈增大趋势;对于不同高度的裂纹,运用衍射法测量的平均误差波动较小,说明衍射法具有高度选择性,对于高度越大的裂纹,测量越准确。     

一种空间相机直线调焦机构的设计与分析

空间相机在使用时由于空间环境中重力、温度及压力等因素的变化,引起各光学镜面位置的相对变化,进而导致像平面与焦平面的不重合。为了保证成像质量,必须采用调焦机构补偿离焦量,从而改善成像质量。本文分析了空间相机的三种调焦方式及调焦机构设计的基本原则,并针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构,利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移,采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,通过对试验数据统计分析及残差分析可以看出,直线调焦机构的开环调焦精度为0.0025mm,闭环调焦的精度可达到0.0015mm,讨论了误差产生的原因,满足0.01mm使用要求,同时该直线调焦机构具有精度高、灵敏度高、模块化程度高、传动方案简单、易于装调等优点。