三维数字牙颌模型的研制

设计并实现了三维数字牙颌模型的制作;采用的是非接触式三维激光测量技术,基于三角法测量原理来采集数据,采用双CCD接收反射光(也称为双三角测量法),两CCD在激光器左右对称放置,激光器发出的光线经会聚会聚透镜聚焦后垂直入射被测物体表面上,物体移动使成像面上的光点发生位移;数据参数:扫描宽度50 mm,测量景深150 mm,测量精度0.005 mm,控制方式为计算机控制三轴平移,一轴旋转,扫描步距0.01 mm;牙颌石膏模型经三维激光扫描得到三维数字牙颌模型,并经过计算机处理后显示出来;三维数字牙颌模型的研制成功,使口腔医学开始进入牙、颌、面形态的三维精确定量测量与分析阶段.     

牙颌模型激光三维扫描测量分析系统

介绍了一种牙颌模型激光三维扫描测量分析系统。根据牙颌模型的结构特点设计的专用激光扫描系统用于获取牙颌模型的三维数字化信息 ,计算机对数字化模型进行测量分析 ,为正畸治疗提供了依据     

基于OpenGL的三维牙颌模型可视化研究

为了实现牙颌模型的三维数据可视化,通过计算机逼真的显示牙列形态,并进行交互测量及变形等操作.在口腔修复体计算机辅助设计中,以OpenGL为渲染工具,结合自主设计的牙颌模型三维激光扫描仪获取的点云数据,采用基于B样条曲面的三维重建技术,以Visual C 为开发工具实现数字化牙颌模型的三维可视化.以Visual C 和OpenGL为工具,减少了程序设计难度,提高了执行效率,图形显示更加逼真流畅.本系统的设计满足了口腔医生的需求,给患者带来了便利,并促进了口腔修复体的开发制作.     

基于OpenGL的三维牙颌模型可视化研究

为了实现牙颌模型的三维数据可视化,通过计算机逼真的显示牙列形态,并进行交互测量及变形等操作。在口腔修复体计算机辅助设计中,以OpenGL为渲染工具,结合自主设计的牙颌模型三维激光扫描仪获取的点云数据,采用基于B样条曲面的三维重建技术,以Visual C＋＋为开发工具实现数字化牙颌模型的三维可视化。以Visual C＋＋和OpenGL为工具,减少了程序设计难度,提高了执行效率,图形显示更加逼真流畅。本系统的设计满足了口腔医生的需求,给患者带来了便利,并促进了口腔修复体的开发制作。     

基于反求工程的牙颌模型的建立

目的:利用三维激光扫描仪扫描全牙列模型,对获得的数据进行处理,重构牙颌的三维图形。方法:将获得的三维点云数据进行处理,包括数据平滑、特征提取、数据分割、自由曲面建模等实现牙颌的三维重构。结论:得到牙颌的三维重建数字模型,牙颌模型的建立将极大地提高后期医生设计牙齿的质量与效率。     

基于反求工程的牙颌模型的建立

目的：利用三维激光扫描仪扫描全牙列模型，对获得的数据进行处理。重构牙颌的三维图形。方法：将获得的三维点云数据进行处理，包括数据平滑、特征提取、数据分割、自由曲面建模等实现牙颌的三维重构。结论：得到牙颌的三维重建数字模型．牙颌模型的建立将极大地提高后期医生设计牙齿的质量与效率。     

三维打印牙颌模型的计算机辅助测量与精确度研究

摘要：牙颌模型是口腔正畸治疗的重要参考标准,传统的石膏模型易老化断裂,且存储不便;针对石膏模型制作过程效率较低、精度不高,提出了基于3D打印技术制作牙颌模型的实际方法,并应用计算机辅助测量,进行了模型精确度分析;首先通过将影像数据数字化建模,采用熔融沉积制造技术得到3D打印牙颌模型;其次制定模型精确度分析的测量项目与测量标准,利用计算机辅助测量与三维最佳拟合配准技术,分析模型精确度;最后对测量数据统计分析,并得到差异分布规律;实验结果表明,3D打印牙颌模型精确度完全能够满足临床需求,3D打印相较于传统的制作过程更高效和经济,计算机辅助的牙颌模型测量不但替代了传统的手工测量方式,也极大提高了测量的准确性与可重复性,具有很高的推广价值。     

基于神经网络的头骨模型三维测量方法

研究了用普通数码相机多视角拍摄头骨模型,获取头骨三维数据并进行三维重构的方法.该方法采用人工神经网络技术实现图象坐标系到世界坐标系的映射,采用基于区域相关性的点匹配方法获得一系列的匹配点对后,即可获得较多的头骨模型表面三维数据,从而完成对头骨模型的三维测量.最后,利用仿真实验验证了该方法的有效性和可行性.     

人工神经网络在激光三维测量系统中的应用

在激光三维测量系统中,应用人工神经网络技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射,修正系统的非线性误差.在线状激光三维扫描技术中,用面阵CCD摄像机摄取图像,用前馈型人工神经网络对二值化后的图像进行变换,可直接得到物体轮廓线的二维坐标;在点状激光三维扫描技术中,用线阵CCD采集深度坐标,用前馈型人工神经网络对深度坐标进行非线性修正.用这种方法无须测定仪器结构参数,能自动修正镜头的几何畸变,方法简单,实用性好.     

新型单摄像机镜像双目视觉传感器的研究

通过分析玻璃厚度激光折射测量原理误差,并以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出一种自动补偿玻璃板上下表面倾斜的单像机双目视觉传感器模型.变传统的双CCD摄像机结构为单CCD摄像机结构,加装一组对称光学反射镜,镜像出一对虚拟摄像机,可在同一个CCD像面上采集到存在视差的两幅图像,从而消除玻璃板上下表面倾斜角引起的系统误差;建立了标定数学模型,并确定视觉传感器测量模型的标定方法.     

基于单目视觉的助航灯具定位及发光口识别

为实现助航灯具的自动清洗,本文提出一种基于单目视觉的助航灯具及其发光口的定位和识别方法。通过提取摄像机画面中的灯具轮廓,采用最小二乘法拟合灯具不发光状态下的椭圆模型,得出灯具中心的像素坐标,采用质心法计算发光状态下光源中心的像素坐标。通过对摄像机的标定,建立地面约束坐标系,实现灯具像素坐标到世界坐标的转换,得到摄像机与灯具的相对位置。     

基于光束法平差的双线阵系统标定技术

针对线阵相机特殊使用场景中所需要的高精度图像,对线阵相机进行高精度标定。提出一种基于光束法平差的双线阵相机标定方法。通过背景差分法获取线阵相机的特征点的像素坐标。再利用已有的直接线性变换方法和非线性优化方法求出相机的内参,外参,畸变参数后,将得到的初始参数与世界坐标作为待优化集合,利用LM法和光束法平差对该集合进行更进一步的优化,使得双线阵系统的重投影误差降到最低。实验表明,该方法与传统的线阵相机标定方法相比重投影误差降低了75.01%。     

基于投影仪和摄像机的结构光视觉标定方法

为实现基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统连续扫描,需要计算投影仪投影的任意光平面与摄像机图像平面的空间位置关系,进而需要求取摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系。求取摄像机的内参数,在标定板上选取四个角点作为特征点并利用摄像机内参数求取该四个特征点的外参数,从而知道四个特征点在摄像机坐标系中的坐标。利用投影仪自身参数求解特征点在投影仪坐标系中的坐标,从而计算出摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系,实现结构光视觉标定。利用标定后的视觉系统,对标定板上的角点距离进行测量,最大相对误差为0.277%,表明该标定算法可以应用于基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统。     

基于短焦相机的激光笔光点坐标映射方法

在现今的教学、会议以及演讲等众多领域上,投影技术得到了越来越广泛的使用。而大部分投影交互过程中主要使用翻页激光笔等,这种方式交互操作单调,并且不能方便地获取鼠标坐标。针对这些问题,同时考虑到短焦投影技术的发展趋势,提出了一种基于短焦相机的激光笔光点坐标映射方法,将激光点坐标准确地从投影画面映射到操作系统的鼠标坐标,为基于激光笔的短焦投影交互提供了支持。该方法考虑到短焦相机与短焦投影的硬件融合,使用普通分辨率的短焦摄像头采集投影图像,从采集的图像中获取激光点。考虑到短焦镜头畸变大的特点,设计了二次标定的过程,利用第二次标定弥补第一次标定留下的误差,从而确保了坐标映射的精度。提出的方法在基于激光笔的投影交互系统中具有很好的应用前景。     

单目平行线约束下的空间点坐标恢复

提出一种从单目像机拍摄的二维投影图像中恢复空间点三维坐标的简化算法.假定摄像机与空间中的一对平行线的位置关系已知,同时摄像机坐标系下平行线所在平面中的任意空间点在像平面中的投影也已知,通过射影几何可得图像坐标到目标点三维空间坐标的转换系数,即坐标转换因数,从而估计出三维空间点的坐标.实验中通过对人体行走轨迹进行估计来测试算法性能,结果表明算法简单有效,计算开销小.     

结构光在集装箱顶角加强板焊缝定位中的应用

针对集装箱顶角加强板的焊接特点,设计了一种基于结构光的自动焊缝定位方法。该方法主要有两个特点：一是将摄像机安装在机器人上,使光轴垂直工作平面,通过比较面积大小来获得深度信息,从而将三维信息的获取问题转化为二维信息的提取,并利用仿射变换获得空间信息;二是利用激光器与摄像机相配合的方式进行定位,由于激光束在焊接环境中的特征明显,可降低图像处理的难度。具体实现过程是利用两条线激光打在加强板的一个角上,在加强板和顶板之间的焊缝处出现转折,通过对激光条纹的有效处理,获得4对转折点的图像坐标,然后拟合直线求出加强板的焊接初始位置及方向,再结合事先制作的图像模板将加强板的其他特征点逐一求出。该系统有效地利用了激光器的优势,可靠地解决了加强板焊缝的自动定位问题。     

基于表观的归一化坐标系分类视线估计方法

视线估计能够反映人的关注焦点,对理解人类的情感、兴趣等主观意识有重要作用。但目前用于视线估计的单目眼睛图像容易因头部姿态的变化而失真,导致视线估计的准确性下降。提出一种新型分类视线估计方法,利用三维人脸模型与单目相机的内在参数,通过人脸的眼睛与嘴巴中心的三维坐标形成头部姿态坐标系,从而合成相机坐标系与头部姿态坐标系,并建立归一化坐标系,实现相机坐标系的校正。复原并放大归一化得到的灰度眼部图像,建立基于表观的卷积神经网络模型分类方法以估计视线方向,并利用黄金分割法优化搜索,进一步降低误差。在MPIIGaze数据集上的实验结果表明,相比已公开的同类算法,该方法能降低约7.4%的平均角度误差。     

一种雷达和摄像机的空间标定方法

多传感器融合技术已经广泛应用在智能汽车环境感知领域中;雷达和摄像机的空间标定是伴随信息实时融合的道路检测技术的基础;结合智能汽车的实际应用,提出了针对激光雷达和摄像机的空间标定方法;通过特制的标定板来获得雷达数据和图像数据,选取激光雷达坐标系作为世界坐标系,通过参数拟合的方法来求取图像坐标系与雷达坐标系的变换关系,进而实现两种传感器的空间配准;该方法只需要标定板就能够完成激光雷达和摄像机的空间标定,标定精度高,实现了多个传感器世界坐标系的统一,避免了后续处理中数据解释的二义性;实验结果表明这种方法简单准确,满足系统要求。     

Experimental validation of rigid-flexible coupling dynamic formulation for hub–beam system

The aim of this paper is to compare the accuracy of the absolute nodal coordinate formulation and the floating frame of reference formulation for the rigid-flexible coupling dynamics of a three-dimensional Euler–Bernoulli beam by numerical and experimental validation. In the absolute nodal coordinate formulation, based on geometrically exact beam theory and considering the torsion effect, the material curvature of the beam is derived, and then variational equations of motion of a three-dimensional beam are obtained, which consist of three position coordinates, two slope coordinates, and one rotational coordinate. In the floating frame of reference formulation, the displacement of an arbitrary point on the beam is described by the rigid-body motion and a small superimposed deformation displacement. Based on linear elastic theory, the quadratic terms of the axial strain are neglected, and the curvatures are simplified to the first order. Considering both the linear damping and the quadratic air resistance damping, the equations of motion of the multibody system composed of air-bearing test bed and a cantilevered three-dimensional beam are derived based on the principle of virtual work. In order to verify the results of the computer simulation, two experiments are carried out: an experiment of hub–beam system with large deformation and a dynamic stiffening experiment. The comparison of the simulation and experiment results shows that in case of large deformation, the frequency result obtained by the floating frame of reference formulation is lower than that obtained by the experiment. On the contrary, the result obtained by the absolute nodal coordinate formulation agrees well with that obtained by the experiment. It is also shown that the floating frame of reference formulation based on linear elastic theory cannot reveal the dynamic stiffening effect. Finally, the applicability of the floating frame of reference formulation is clarified.     

Absolute nodal coordinate plane beam formulation for multibody systems dynamics

A new plane beam dynamic formulation for constrained multibody system dynamics is developed. Flexible multibody system dynamics includes rigid body dynamics and superimposed vibratory motions. The complexity of mechanical system dynamics originates from rotational kinematics, but the natural coordinate formulation does not use rotational coordinates, so that simple dynamic formulation is possible. These methods use only translational coordinates and simple algebraic constraints. A new formulation for plane flexible multibody systems are developed utilizing the curvature of a beam and point masses. Using absolute nodal coordinates, a constant mass matrix is obtained and the elastic force becomes a nonlinear function of the nodal coordinates. In this formulation, no infinitesimal or finite rotation assumptions are used and no assumption on the magnitude of the element rotations is made. The distributed body mass and applied forces are lumped to the point masses. Closed loop mechanical systems consisting of elastic beams can be modeled without constraints since the loop closure constraints can be substituted as beam longitudinal elasticity. A curved beam is modeled automatically. Several numerical examples are presented to show the effectiveness of this method.