基于明暗恢复形状的加工表面形貌重构与粗糙度检测

研究了采用明暗恢复形状法(SFS)对加工表面显微视觉图像的三维形貌重构,并实现了表面粗糙度检测.根据金属表面反射特性,采用简化的Oren-Nayar模型与Torrance-Sparrow模型中镜面反射分量叠加的方法,对光照模型进行了改进,并讨论了基于改进后光照模型的SFS最小化计算方法.利用该算法,实现了真实工件表面微...     

SMT片式元件焊点三维质量信息提取技术

为实现对表面组装焊点三维质量信息的非接触式提取,提出了一种基于阴影恢复形状原理表面组装片式元件焊点三维质量信息提取方法.为提高重构精度,光照模型采用作者前期研究结果得到的一种改进模型;为解决由阴影恢复形状方法得到的物体三维形态不确定的问题,利用量块得到图像象素值与实际高度的比例关系,以此来确定表面组装焊点的三维形态;采用APDL语言,在ANSYS软件中二次开发建立焊点实体模型,并对相应的焊点体积、剖面面积、润湿角度等三维质量信息进行提取.结合实例介绍了该技术的实现方法与步骤.与采用传统光照模型相比,采用改进光照模型能较好地提高焊点体积信息提取的精度.     

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。     

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。     

镜面反射面形光学三维测量技术综述

讨论了用于测量镜面反射物体三维面形的各种光学技术。这些技术分为被动式测量和主动式测量两大类。被动式测量包括基于光度学的测量技术和基于镜面反射成分恢复面形技术。主动式测量主要是采用结构光技术测量镜面物体。同漫反射物体的三维测量技术相比,现有镜面物体三维测量技术的发展还不成熟,其技术研究已严重滞后于其需求的快速增长。文章可为深入研究镜面反射物体的三维测量技术提供有益的参考。     

显微三维表面重构

介绍了显微立体视觉系统中微观物体表面的三维重构技术,详细论述了显微立体视觉系统的组成,以及从图像获取、显微图像处理、特征提取、立体匹配、摄像机标定、深度确定到最终曲面插值的三维表面重建过程.着重讨论了基于显微图像的特征提取和立体匹配方法,另外在系统论述基于显微立体视觉系统的微观物体表面三维重构的一般方法和步骤的基础上,针对现有方法的不足,指出了改进的方向.     

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。     

大型管道快速测量与建模技术研究及应用

为了提高大尺寸管道测量效率和测量精度,搭建了一套具有快速、高精度、密集点云采集、实时数据处理等功能的扫描测量系统。基于坐标系变换理论,提出了一种数字摄影测量技术、双目结构光扫描技术和逆向工程重构建模技术的组合式测量方案,快速便捷地获得大范围高密度的物体表面点云,并利用三维重构软件对物体表面测量数据进行曲面重构,利用误差合成理论对测量及曲面重构过程中的误差进行了分析,论证了该方法在理论精度上满足工业生产对逆向工程的要求。将该组合式测量系统应用于大型锻造管道的测量重构,在效率和精度等各方面都取得了良好的效果。     

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。     

基于显微镜的磨粒表面形貌的测量

介绍了在普通的光学显微镜下,对物体表面进行测量的方法。主要介绍了三维重构硬件组成和三维重构原理,并以球形磨粒为例进行三维信息的采集和重构,最后对重构的图像的漏洞进行补救,得到效果比较好的磨粒三维图形。     

基于核熵成分分析的光谱重建算法研究

对基于核熵成分分析的光谱反射率重建方法进行了研究,分别采用主成分分析方法和核主成分分析方法构建光谱反射率重建算法进行颜色重建研究,并与基于核熵成分分析算法的光谱反射率进行比较。实验结果表明,基于核熵成分分析的光谱重建算法在色度精度和光谱精度上均优于主成分分析和核主成分分析,对物体表面颜色的真实重建具有一定的应用价值。     

基于RGB颜色信息聚类的光谱反射率重建

针对光谱反射率研究中因训练样本数据量大造成的冗杂等问题,提出了一种基于RGB信息进行聚类的样本分类方法。首先对颜色进行聚类并确定聚类个数,后对每一类光谱反射率使用BP神经网络分别进行重建。对于实验结果,使用ΔE00、均方根误差（RMSE）以及适应度系数等标准进行评价,同时与主成分分析算法进行对比。从实验分析可得出,在聚类数目为7时光谱反射率重建效果最好,这时的平均CIE2000的色差为0.836,平均RMSE为0.014 9,平均适应度系数为99.82%,并且,在最后对重建色差较大的色块进行了优化处理。实验证明,颜色聚类方法可以很好的应用于光谱反射率重建。     

人体脊柱T12-L2活动节段三维重建及扭转特性研究

研究人体脊柱T12-L2活动节段的三维重建方法以明确脊柱该节段扭转特性对人体脊柱胸腰段诊断具有重要的意义。本文探讨了基于mimics模型,利用SolidWorks实体编辑方法,对人体脊柱T12-L2活动段进行三维实体重建,并对重建后的人体脊柱胸腰段模型,利用有限元方法进行扭转特性分析。分析结果认为:建立精确的人体脊柱三维实体模型和研究人体脊柱的扭转特性,是进行胸腰段疾病诊断和腰部手法治疗的关键因素。本文研究内容为人体脊柱胸腰段疾病诊断和腰部手法治疗提供一定借鉴作用。     

结合流形正则和变量分离近似稀疏重构的荧光分子断层成像

为改善荧光分子断层成像的重建结果,本文采用联合稀疏-流形正则模型进行光源重建,该联合稀疏-流形正则模型能同时利用重建光源聚集性和稀疏性的先验信息。为有效求解该联合稀疏-流形正则模型,本文通过重新推导变量分离近似稀疏重构算法对其进行求解。为加快变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的速度,本文在光源重建过程中采用了热启动策略。实验结果表明,相比变量分离近似稀疏重构算法求解范数模型,变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型将重建结果的对比噪声比从6.45提升至9.18。另外,相比没有采用热启动策略,采用热启动策略的变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的时间从101.84 s减至50.10 s。本文方法显著提高了光源目标重建的精度和速度,取得了更优的重建结果。     

Three dimensional image restoration in fluorescence lifetime imaging microscopy

A microscope set-up and numerical methods are described which enable the measurement and reconstruction of three-dimensional nanosecond fluorescence lifetime images in every voxel. The frequency domain fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM) utilizes phase detection of high-frequency modulated light by homodyne mixing on a microchannel plate image intensifier. The output signal at the image intensifier's phosphor screen is integrated on a charge coupled device camera. A scanning stage is employed to obtain a series of phase-dependent intensity images at equally separated depths in a specimen. The Fourier transform of phase-dependent data gives three-dimensional (3D) images of the Fourier coefficients. These images are deblurred using an Iterative Constrained Tikhonov–Miller (ICTM) algorithm in conjunction with a measured point spread function. The 3D reconstruction of fluorescence lifetimes are calculated from the deblurred images of the Fourier coefficients. An improved spatial and temporal resolution of fluorescence lifetimes was obtained using this approach to the reconstruction of simulated 3D FLIM data. The technique was applied to restore 3D FLIM data of a live cell specimen expressing two green fluorescent protein fusion constructs having distinct fluorescence lifetimes which localized to separate cellular compartments.     

主动轮廓模型综述

主动轮廓模型(也称为snake模型)是在由轮廓自身特征决定的内部能量和图像特征决定的外部能量共同作用下能量极小化的轮廓曲线,可用于边缘检测、运动跟踪、图像匹配、计算机视觉和三维重构等图像处理领域.从snake模型的数学模型出发,介绍了两种常用的snake模型--气球力模型和GVF模型,阐述了近十年来基于经典snake模型的能量改进算法,对比说明了对当前求解snake能量极小的算法,并对未来的研究方向进行了讨论和展望.     

基于单目摄像机的光学立体标定技术

为了构建一种基于单摄像机的三维视觉系统,提出了重构光学标定点三维坐标、计算重构误差和优化标定参数的方法。通过移动高精度位移平台,构建三维视觉系统,计算左右摄像机位的初始参数,引入质心坐标法计算两摄像机位间的旋转平移矩阵,利用最优三角剖分法重构光学标定点的三维坐标,计算并最小化重构误差,对标定参数进行优化。实验表明：重构误差直接反映了三维重建的效率,该方法的精度和鲁棒性得到了显著的提高;实物外形测量的误差从0.1123 mm减小到0.0191 mm,标准差从0.1838减小到0.1275。该方法适合应用于三维视觉系统标定质量的评估。     

支持协同的3维轻量化模型与圈阅工具的研究

为提高3维模型的传输效率和协同设计中的数据保密性,定义了一种支持协同的3维轻量化数据结构,引入了轻量化装配模型和轻量化零件模型,其中轻量化装配模型记录了模型的产品结构关系和各零件的装配位置,轻量化零件模型记录了模型的非精确显示数据和支持模型测量的精确几何数据及其关联。因为过滤原始3维模型中的非几何信息,轻量化模型的数据量约为原始模型的1／20。在系统实现方面,给出了3维轻量化工具的体系结构,研究了3维模型轻量化组件、可视化浏览器组件和可视化协同组件的开发。最后,在某汽车制造企业的产品数据管理系统中进行了实施,提高了3维环境下的协同设计效率。     

基于改进信赖域算法的三维不规则缺陷重构

漏磁检测广泛应用于铁磁性材料设备的在线检测当中,是一种有效的缺陷检测方法。如何利用缺陷漏磁信号进行三维不规则缺陷轮廓重构是漏磁检测中的关键问题。然而,三维不规则缺陷漏磁检测的有限元模型计算量大,因此难以快速获得精确的漏磁信号,并且由于缺陷重构的不适定性,研究中不容易获得不规则缺陷的精确轮廓。本文提出了一种用于计算三维不规则缺陷漏磁信号的单元磁偶极带叠加模型,并验证了使用该正演模型进行漏磁计算的有效性,针对三维缺陷轮廓重构的高维优化问题,提出了一种带边界约束的基于信赖域的投影Levenberg-Marquart算法,实现了三维不规则缺陷轮廓的重构。实验结果表明:该三维不规则缺陷重构方法不仅不需要大量的漏磁检测数据,并且相对于群智能算法,重构误差降低了90.1%,最大深度误差降低了53.9%,耗费时间减少了96.1%,实现了高精度的缺陷重构。