高密度组合结构光编码方法

为了提高采样的密度,缩短采样的时间,提出了一种非接触式的组合结构光编码技术。首先由计算机构造的一系列格雷码和二值条纹,按一定的时间顺序投射到被测物体上;然后,提取格雷码的边缘和二值条纹白条纹的中心,将其上的点作为图像的采样点并解码。通过辅加二值条纹,消除了格雷码的一位解码误差,制造了丰富的特征点,易于实现物体的三维重建。试验证明,该技术简化了光栅投影的步骤,提高了重建的精度,具有很好的实时性和有效性。     

Vertebrae CT Images 3D Reconstruction with Improve Marching Cubes Algorithm

基于改进Marching Cubes算法的椎骨CT图像三维重建

#$TAB刘侠,刘欢,王淼淼,王波

（哈尔滨理工大学 自动化学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

1）本文对原始CT图像进行预处理时,采用双边滤波去噪算法,该算法对于骨骼数据的图像预处理效果相对其他方法较好,对于提高椎骨重建精度至关重要;

2）在椎骨特征提取时,利用区域增长的思想,并未遍历图像中的全部体素,而是通过选定种子体素,区域增长后提取出全部包含椎骨信息的体素（包含等值面的体素）,大幅度降低遍历时间,提高重建速度;

3）在进行等值面与体素棱边交点计算时（等值点）,利用黄金分割方法代替传统的线性插值法,减少公共棱边的重复计算次数,进而提高重建效率。

关键词：椎骨CT,Marching Cubes算法,三维重建

     

基于多视点图像的人脸表面光场重构

为了实现任意新视点下三维人脸模型的绘制,针对三维人脸模型数据的特殊性,提出一种借助一般三维人脸模型基于稀疏多视点图像重建特定人脸表面光场的方法,该方法改进了Laplacian网格变形技术,实现了一般人脸三维模型到多视点图像中特定人脸三维模型的变形,避免了直接扫描人脸模型的操作复杂、模型粗糙、数据量大等缺点。最后,通过任意视点下人脸模型绘制验证了基于多视点图像重构获得的人脸表面光场数据的有效性。     

冷轧带钢缺陷表面形状恢复新算法

为改善冷轧带钢表面缺陷分类识别性能,提出基于从阴影恢复形状原理的表面缺陷三维重构算法． 针对表面缺陷检测系统的光路设计,提出一种改进的Oren-Nayar漫反射模型,结合透视投影模型推导出相应 的反射图方程,利用基于高阶Lax-Friedrichs汉密尔顿函数和牛顿迭代相结合的快速扫描算法完成了该方程 的求解,实现表面缺陷三维信息的提取．利用合成图像和表面缺陷图像进行三维重构实验,结果表明该算法 重构精度高,验证了改进光照模型的正确性．该三维重构算法能够有效地提取冷轧带钢表面缺陷三维信息, 有助于提高表面缺陷分类识别性能     

磁致液面变形及其光学测量

为获取磁场中气液界面的特性参数,提出基于镜面反射成像与结构照明相结合的方法对磁致液面变形进行测量.根据图像映射和条纹灰度矩阵提取条纹图的相位差进行液面变形量的计算,并重建三维变形液面.得到了结论:液体表面附近处的梯度磁场将引起表面张力的不均匀而使其发生变形,变形量及方向与磁场强度和梯度的空间分布有直接关系,为浮力-热毛细对流的相关研究提供一种新的途径.     

生物3D打印装置及打印模型形貌检测

为了能够实时观测生物3D打印全过程,并对打印模型的形貌进行检测及重建,设计集成式生物3D打印机检测系统. 通过开发具备视频监测功能的打印喷头,实现对打印模型的在线检测. 采用色散共焦位移测量技术,通过对打印模型X、Y轴的位置信息及Z轴的高度信息进行扫描得到测量数据,并结合MountainsMap实现打印模型的形貌重建. 使用LabVIEW完成上位机操作系统的设计,建立G-code与打印模型的映射关系,实现打印轨迹的可视化,确保在程序运行到当前代码段时打印模型的准确性. 通过实验验证生物3D打印机的在线检测功能,对网格状及凸台模型的表面进行形貌检测,结果表明检测系统能够实现对打印模型的形貌检测. 打印模型表面形貌特征的可视化数据为构建精准打印模型提供数据支持,计算机视觉技术为高精度生物3D打印提供有效的检测手段.     

基于流形排序的三维模型检索方法

针对现有的基于视图的三维模型检索方法大多将二维投影视图特征直接用于表示三维模型,忽略不同视点下的二维投影视图特征的贡献度的问题,提出一种基于流形排序的三维模型检索方法,关注不同二维投影视图特征的贡献度。通过旋转三维模型获得34张不同视点的二维投影视图,采用基于尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)特征的词袋模型提取34张二维投影视图的词频向量特征,利用流形排序将同一个三维模型的34个词频向量特征聚合成一个三维模型特征。试验表明,基于流形排序的三维模型检索方法能够有效地提高检索结果的准确率。     

基于工程图的参数化三维重建技术研究

提出了一种基于工程图的参数化三维实体的构造方法.针对DXF格式的工程图文件完成了几何数据的读取、视图的划分和数据的重组;以基本体素为单位,对工程图实现对应图元的匹配和参数的提取;根据基本体素的虚、实性,采用一种基于三角面片的集合运算来构造完整的实体.在VC 和OpenGL环境下实现了三维重建系统的开发,证明了该方法的有效性.     

高速列车车头表面三维重建算法

针对现有三维重建方法在高速列车车头三维表面重建中存在二义性的问题,提出了一种改进的泊松曲面重建算法来对高速列车车头进行表面三维重建.采用混合滤波器对点云数据进行预处理,采用改进的罚函数对泊松曲面重建算法进行最小化,通过改进阈值法消除等值面提取时的二义性,实现了对高速列车车头表面较为精确的重建.结果证明,该方法具有较高的重构精度与效率,对于高速列车车头的三维重建具有良好的适用性.     

3D reconstruction method based on contour features

To guarantee the accuracy and real-time of the 3D reconstruction method for outdoor scene, an algorithm based on region segmentation and matching was proposed. Firstly, on the basis of morphological gradient information, obtained by comparing color weight gradient images and proposing a multi-threshold segmentation, scene contour features were extracted by a watershed algorithm and a fuzzy c-means clustering algorithm. Secondly, to reduce the search area, increase the correct matching ratio and accelerate the matching speed, the region constraint was established according to a region''s local position, area and gray characteristics, the edge pixel constraint was established according to the epipolar constraint and the continuity constraint. Finally, by using the stereo matching edge pixel pairs, their 3D coordinates were estimated according to the binocular stereo vision imaging model. Experimental results show that the proposed method can yield a high stereo matching ratio and reconstruct a 3D scene quickly and efficiently.     

汽车车身表面计算机辅助设计

提出对三坐标测量仪实测整车外形数据误差分析的方法,解决了由EIA码到ASCⅡ码的转换问题。探讨准确拟合车身曲线曲面用于实际设计中的简便可行的理论与方法,在APPLICON工作站上建立了整车车身表面的MB—CAD模型,并实现了车身轴测图及制表面的主视,俯视和侧视设计图形的绘制。在已建的车身表面模型上,可进行修改以构造新的车型,还可取出任一局部面积图形进行结构设计。     

白光相移干涉法测量三维表面轮廓的算法及实现

依据白光干涉理论,利用相移干涉法,研究了三维表面轮廓测量的原理与系统构成,讨论了白光相移干涉法测量三维表面轮廓的算法和数据处理的实现过程,实验结果表明,测量结果和数据处理都可精确地满足被测工件的要求。     

基于DXF文件的工程图中多视图的视图分离方法

提出了一种基于DXF文件的面向三维重建的多视图的视图分离方法.该方法结合DXF文件的结构,分析视图分离中用到的图元数据结构,通过建立图元链表以及设置遍历标志位,提高了寻找各视图的最小外接矩形的效率,实现了多视图的分离,并在此基础上实现了视图关系确定、投影原点的确立以及坐标系的转换,为后续的三维重建工作提供了有效的数据信息.     

透明物体三维重现技术研究

随着光学三维检测技术的发展,物体三维形状的测量与复原越来越广泛地用于生产实践中.但目前国内对于透明物体的三雏检测缺乏有效手段.本文提出一种利用物体表面反射偏振特性分析重现透明物体三维形状的方法,并通过实验验证了这种方法的可行性.在分析了反射光的偏振分布与表面形态的关系基础上,构建了相应的实验装置,通过对摄取的多幅被测物体的偏振图像的分析和处理,最终实现了物体的三维重现.     

基于点云的膝关节胫骨三维CT与MRI图像配准

同时利用CT和MRI图像对膝关节及胫骨疾病进行诊断和治疗,是目前临床上的常规方法。精确配准膝关节胫骨部分三维CT和MRI图像可以更有效地利用这两种图像中的组织信息。目前,基于图像特征或者图像灰度值的方法可以实现图像间的配准,但是都存在一些配准精度低或者时间复杂度高的缺陷。针对膝关节胫骨组织的刚性特征,采用一种基于骨组织表面重建的点云配准方法。首先对数据集进行骨表面重建,通过重建后的结果提取点云数据,对点云数据进行下采样并利用重心进行初始变换,最后利用ICP算法对点云数据进行配准。对该方法进行配准结果分析及配准精度实验,表明这种方法简单可靠并且配准精度较高。     

三维人体运动跟踪中形状特征表述重建

针对在重建三维人体运动跟踪形状特征时,人体运动姿态重建结果与真实值具有较大偏差且不能长时间有效跟踪的问题,提出基于联合优化法的三维人体运动跟踪形状特征表述重建方法.采用POCS算法将三维人体运动跟踪中的形状捕捉问题转换为正则规划问题,实现对三维人体运动跟踪中的形状捕捉.采用Bayes理论统计估计方法,将捕捉到的形状数学建模问题转化为目标函数最大化问题.采用Fisher线性判别分析法对三维人体运动跟踪中的形状特征点进行自动定位,利用联合优化法重建已经定位的形状特征表述.结果表明,所提方法可以有效捕捉三维人体运动跟踪中的形状特征,且重建精度较高,准确性较好.     

一种新的大场景三维重建算法

大场景图像集具规模巨大、尺度多变、结构不整等特点。本文针对此类图像集,提出一种新的鲁棒稠密三维重建方法。该方法在选取图像的邻居图集时考虑了尺度鲁棒性,随后基于DAISY特征匹配和PatchMatch信息传播计算深度图,然后利用深度一致性优化、融合深度图,最后利用重建三维点精度去除冗余点。深度图计算时相互独立,故本方法易在图像级并行,适合大场景三维重建。实验结果表明,该方法重建结果具有较高的精度和完整性。     

基于点云数据三维重建方法的研究

由于三维激光扫描仪采集的点云数据是离散的,这些离散的点云数据由于分辨率有限,缺少灵活性,导致无法满足对实际场景重建出具有几何精确性的模型。为解决上述问题,用Delaunay三角化方法构造网格逼近物体的i维表面模型,把离散的点云数据连续化生成表面模型来模拟场景,实验证明该方法有效。     

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术研究

为了准确地获取投射光的投射角,本文引入了格雷码与相移结合的编码解码方法,该方法可对投射角空间进行连续划分.给出了针对本测量系统的相移投射图案及相位公式,再将该相位与采样点对应的格雷码结合可得到绝对相位,并给出了绝对相位到投射角的转换公式,从而确定采样点的投射角.本文还分析和解决了解码过程中存在的格雷码和相移周期错位问题,最后给出了重构仿真实验结果.     

风扇叶片及其模具快速反求设计和制造

目的　根据某汽车冷却风扇叶片实物快速实现该叶片及其模具的设计制造 .方法　采用非接触式三维激光测量机获得物体表面点数据 ,利用反求工程、三维重构原理及实体造型原理 .结果　快速建立叶片及其模具 CAD模型 ,并完成了模具的制造 .结论　实践证明 ,该方法是一种切实可行的质量高、精度高、效率高并且可以推广应用的反求工程方法