非接触式人体三维测量系统的研究

针对传统的接触式测量方法效率低,测量结果抽象、不准确,不能通过图像的方式形象表达等不足,研制了一种低成本、高效率、快速获取三维人体数据的非接触式测量系统;该系统是根据投影栅相位法基本原理,采用具有一定特性的结构光进行照射,通过分析相位值获得被测物体的高度信息;文章从理论和实践两方面进行了深入研究,研制了由计算机、投影仪、摄像头、图像采集卡、工作台等组成的三维人体测量系统,有效地提高了人体的测量精度和测量速度.     

变形图驱动的人体与脸部网格模板拟合系统

为了建立统一的人体模型数据库/人脸模型数据库,实现了一个用标准三维人体/人脸网格模型拟合扫描数据的系统.该系统为人体模型构建特征点候选区域,用马尔可夫网络对候选区域进行概率预测得到人体特征点的位置;对于人脸模型,采用基于回归树的算法在多幅不同角度的人脸图像上分别检测其二维特征点,融合得到准确的三维特征点位置;得到特征点后,使用相似变换对标准模板和扫描模型的位置朝向以及尺度进行统一;通过特征点引导的变形图算法对标准模板和扫描模型的形状和姿态进行粗配准;最后使用基于稠密点对应的顶点仿射变换拟合得到变形后的标准模板.对CAESAR数据集中的人体模型以及扫描得到的人体和人脸模型均进行了拟合,实验结果表明,该系统能够精确地捕捉扫描数据的几何形状.     

一种基于双线激光的三维测量方法

三维扫描系统在扫描过程中经常会遇到被测物体遮挡了CCD的可视区域导致扫描数据的丢失问题,从而使重构模型产生缺陷。针对该问题,本文提出一种改进措施通过在以CCD为中心的对称位置增加一路激光器,使得系统可以获取两幅不同角度的点云图,然后将这两幅点云图进行拼接互补了单幅点云图的缺陷。最后,分别对被测物体的上、中、下3个部位的距离及其对应的三维模型的距离进行多组数据的测量,并计算出其均方误差为0.22～0.403mm。     

基于MEMS传感器的姿态测量系统设计

为解决单目三维扫描装置摄像机标定完成后姿态不能改变的问题,针对单目三维扫描装置使用过程中的运动方式与特点,设计了一款基于MEMS传感器的姿态测量系统;采用四元数对姿态进行解算,通过三轴姿态确定(TRAID)算法构建量测模型,以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行数据融合,能有效抑制姿态解算过程中陀螺仪的漂移问题;实验结果表明,利用该系统进行姿态测量时静态误差低于±0.2°,动态误差低于±1°,系统实时性好、适用于动态三维扫描系统。     

三维全身扫描仪的建模仿真

随着计算机全面进入3D时代,三维全身扫描系统对社会的价值越来越显著,获取人体表面的三维几何信息,是建立3D人体模型的先决条件。该文提出了一种基于结构光方法的三维全身扫描仪的系统仿真方案,使用3D Studio MAX软件仿真得到虚拟扫描头运动形成的带激光条纹的图像序列,最后用仿真数据进行三维重建。关键步骤包括用自适应阈值法提取激光带中心,深度图像的获取,以及多扫描头数据的融合等。实验取得了满意的效果,获得了人体的完整轮廓线,验证了系统仿真方案的合理性与高效性。     

基于相移的面部三维视觉传感技术研究

提出一种基于新的相位展开算法的人面部非接触式三维扫描系统,可用于活体人睁眼情况下的快速精确面部三维复制。该系统由DIP投影仪投射对人眼无伤害的正弦光栅条纹,使用提出的枝切截断相位展开算法,获取被测人面部的相对光编码信息,然后,投射一幅具有绝对相位的分割线图,通过Hilditch细化算法精确获取分割线图的单像素级绝对相位,从而完成用于三维测量的绝对相位精确获取,最后,在主动视觉测量原理下完成了人面部三维测量重建。为了验证本系统的性能,使用自制测量设备对人的面部进行了测量重建,结果表明：该系统能在1s内完成对人眼无伤害的编码条纹的投射与采集,能满足活体人的面部测量所需的条件。     

提高机器人扫描加工系统加工精度的方法

将机器人三维扫描系统应用到工业加工中,建立了机器人在线测量加工系统.利用已知半径的标准球体作为参照工具,提出一种基于几何约束的非线性优化方法.在线精确地标定了便携式三维扫描系统和机器人的位姿关系,提高了测量精度.同时,提出一种使用虚拟刀具工具中心点和预补偿机器人系统误差的方法,提高了机器人的加工精度.对吉他的边缘进行扫描和加工的实验结果表明:该系统具有稳定、高精度、易于自动化等优点.     

三维人体头像数据的采集与处理

在设计人体雕刻系统过程中,针对三维人体图像的采集,处理进行了研究和探讨.系统分析了图像采集的必要性,运用综合扫描法进行采集,成功地减少了产生误差的可能性;对采集数据进行了预处理,还提出了逐线动态数据处理算法,为数量庞大的三维人体数据处理提供了技术支持.     

三维扫描技术在文物保护中的应用

随着三维扫描技术的发展,三维扫描设备的扫描精度、扫描速度和扫描设备的便携程度都有所提高,使得三维扫描技术的应用范围逐步扩大.在文物保护领域,三维扫描技术也有着重要的应用.介绍了三维扫描技术原理及其分类,结合Inspeck彩色三维扫描系统对文物兵马俑头部的扫描实例,介绍三维扫描系统在文物保护领域的应用.Inspeck彩色三维扫描系统能够同时获取文物模型和纹理信息,大大减轻了文物数字化的工作.但是,由于文物种类的多样性和扫描技术的限制,针对不同文物的数字化工作,应采用适当的扫描设备.     

三维扫描测头精确跟踪的摄影测量方法

针对传统三维扫描测量机器人依赖于机器人的定位精度从而难以实现高精度测量的问题,提出了一种三维扫描测头精确跟踪定位的摄影测量方法。首先,搭建由多个工业摄像机构成的测头跟踪系统,并在机器人的扫描测头上粘贴编码标志点;然后,对摄像机进行高精度标定,求解出摄像机内外参数;其次,多摄像机同步采样,对图像中的标志点依据编码原理进行匹配,并求出投影矩阵;最终,求解出编码标志点在空间中的三维坐标,实现三维扫描测头的跟踪定位。实验结果表明,标志点定位在距离上的平均误差为0.293 mm,在角度上的平均误差为0.136°,算法精度在合理范围之内。采用该摄影测量方法可以提高扫描测头的定位精度,从而实现高精度测量。