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.     

二维图像三维重构系统开发与实现

为了解决无接触快速的识别及采集被测物三维相关参数,需研发基于二维图像物体3D重构系统。该系统以VC++和openC V为基础,利用了图像传感器获取两幅或多幅二维图像,基于多目视觉技术,实现了基于双目视觉的摄像头定标、立体匹配、三维重构及其可视化等功能,通过用双目视觉传感器获取图像后,对图像用StereoV ision算法进行3D重构,进而对图像进一步挖掘,获取实物的相关数据。通过实验,重建了图书的三维点云数据,并基于3D模型,重构图书三维信息及可视化。该系统可为今后基于3D模型,无接触实现物体三维测量奠定基础。     

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.     

挖掘机器人双目视觉系统标定方法与立体匹配

在挖掘机器人视觉系统实现中,摄像机标定、特征提取、立体匹配是关键环节,而立体匹配又是视觉系统中最复杂、最重要的步骤。首先分析了通用双目立体视觉模型及平行双目立体视觉模型,对挖掘机器人平行双目立体视觉系统测量方法及参数标定进行了研究。结合基于特征的匹配方法,通过对左、右图像角点的提取,实现了基于极线几何约束的特征点匹配。通过对铲斗图像匹配实验,验证了该方法能满足挖掘机器人视觉系统要求。     

基于视觉技术的焊缝成形评价指标的探究

以焊缝外观成形图像为分析源,运用计算机立体视觉系统通过采集焊缝视觉图像,并经过图像的矫正、预处理、分隔等处理后,进行立体匹配和三维重构,最终可获得焊缝表面各点的三维坐标。以焊缝表面各点的三维坐标为基础,建立了焊宽对比度、焊缝焊缝边界轮廓直线度和焊缝断面轮廓重合度。结果表明,这些指标能够较好的区分焊缝成形缺陷,能够评判焊缝外观成形质量。     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

基于红蓝双光阑的单物镜立体显微成像系统

为了得到微观动态样品的三维形貌图,提出了基于红蓝双小孔光阑的单物镜立体显微成像方法,并建立了一个结构简单的单物镜立体显微系统。该系统在物镜出瞳处放置分别用红、蓝滤光片覆盖的双小孔光阑,当采用白光照明时,彩色CCD将接收到分别用红光和蓝光表示的两个不同视角的图像。采用数字图像处理方法可获得具有视差的立体像对,基于相位的双目匹配算法可得到样品的三维形貌。实验结果表明,该方法重构了微观样品,其景深达到241.50μm。与现有的双物镜体视显微方法相比,设计的立体显微系统简单且紧凑,利用单次拍摄即可得到微观动态样品的三维形貌图,在显微镜和内窥镜中很有应用前景。     

双目PMP视觉测量中立体匹配方法的设计与实现

针对PMP视觉测量中物体深度变化大或表面形状复杂时出现的误匹配问题,提出一种基于区域分割和视差修正的立体匹配方法。研究了四步相移法和多频外差相移的基本原理,并采用基于OpenCV的标定立体校正方法对光栅图像进行了校正;结合PMP视觉测量系统的特点对相机视场进行分析,根据视场各区域的相位信息特点以及视差约束,提出基于混合阈值的区域分割原则和实现方法;应用视差求解和视差校正获得有效的视差图,并在自主研发的PMP视觉测量系统中验证了立体匹配方法的有效性。     

基于随机编码结构光的双目立体三维测量系统

基于双目立体视觉理论建立的三维测量方法具有非接触、大视场、较高精度以及实时性强等优点,因此在工业众多领域得到广泛的应用。立体匹配是实现双目立体测量的关键技术。为了提高匹配精度和鲁棒性,将一种随机编码结构光投射到被测物体表面,使物体表面具有丰富的纹理信息,从而使立体匹配不受自身表面纹理的影响,而且具有较强的抗外界噪音的能力,满足现场测量的要求。该方法仅需拍摄1次,完成一次三维测量仅需十几秒,因此能够应用到动态场景并且实现快速三维测量。     

微操作系统中弱视差视觉模型研究

显微双目立体视觉主要由体视显微镜和CCD图像传感器构成，基于计算机双目立体视觉原理，显微双目立体视觉在显微领域中用于三维微观定位和测量。该类视觉具有不同于宏观视觉的属性。使用弱视差描述微观视觉的成像特征以区别于传统的宏观视差。建立了新的显微视觉模型，模型中包含弱视差的级数项，反映出物空间深度信息与图像空间二维信息间存在弱的非线性关系，同时也部分矫正了物空间横向尺度的深度依赖性。