基于数字相移条纹投影技术的结构光系统标定

在结构光三维测量中,摄像机和投影仪的标定是关键技术之一,直接影响着系统的测量精度.提出一种对几何结构没有严格要求的结构光系统标定方法,减小了对系统的结构约束要求,平台搭建方便,摄像机和投影机可以根据需要的条纹图像随意放置,操作简单,实现对被测物体的三维测量与重构.仿真和实验证实了该方法的有效性和正确性.     

基于结构光的白车身面差三维测量方法

针对白车身测量面差特征存在人工测量精度差、效率低、难以满足工业应用领域中精密测量的需求等问题,提出了基于结构光的白车身面差三维测量方法.该方法通过线激光投影至被测区间并对采集的图像亚像素提取光条纹中心,得到解算后的三维点云,在面差特征点识别过程中将斜率差值极大值点作为面差特征点,采用RANSAC算法进行基准直线拟合.分...     

基于多视角照片重构物体三维模型研究

提出了一种基于照片重构三维模型方法。利用相机对物体轮廓图像多角度采集,通过每个轮廓曲线生成投影锥体,再用投影锥体相交的方法获得近似物体的多面体可见壳。     

一种基于相移技术的物体表面三维轮廓测量方法

提出一种将阴影莫尔条纹法与相位测量技术相结合的物体表面三维轮廓测量方法 ,该方法利用电磁铁和精密机械部件对光栅进行定位控制以实现精确相移 ,并采用三步相移技术对CCD摄像机采集的物体表面形貌莫尔条纹进行相位解调 ,可有效实现物体表面三维轮廓的高速、高精度自动测量。     

基于彩色条纹投影术的三维形貌测量

物体表面三维形貌数据的获取在智能制造、航空航天、文物保护、医疗卫生、远程教育等领域有着广泛的应用。三维形貌数据的获取受限于系统硬件的性能,特别是现有数字投影系统的投影速度,无法快速测得物体面形的三维形貌。彩色成像和投影系统的出现,为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向。详细综述了基于彩色条纹投影术的三维形貌数据测量研究的现状。具体包括彩色条纹投影术的基本原理、彩色条纹调制和解调相关技术、三维成像系统的标定、以及未来的研究方向。接着给出几个利用彩色条纹投影术获取物体表面三维形貌和彩色纹理的实例。为彩色条纹投影术测量物体表面三维形貌数据提供了详尽的综述,并指明了未来潜在的研究新方向。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展,如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化,导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响,精度降低。针对上述问题,设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法,能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引入折射补偿的水下相机成像模型,该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路,基于水下激光平面方程的约束,对水下点云进行折射校正,提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明,提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息,可测量水下目标的尺寸信息,距离目标30~80 cm时测量精度达到0.2 mm,满足了水下目标三维高精度测量要求。     

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在（π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。     

基于多频外差相移结构光的三维测量系统

基于相位投影和双目视觉的三维光学测量系统已经广泛应用于各领域。系统通过平板标定技术得到摄像机的内参和外参;针对格雷码与相移结合技术在测量物体边缘位置解相位误差大的问题,采用多频外差原理的测量方式,使用拟合负指数求解像素点的绝对相位,使用对极几何进行亚像素立体匹配。实验证明:该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据,测量标准偏差为0.03 mm。     

彩色相移结构光的编解码研究

基于彩色结构光的三维测量技术是广泛使用的三维复杂曲面非接触式测量技术之一。文章首先选取色度空间中差异最大的6种颜色进行编码组成彩色条纹,且任意相邻的3个条纹的颜色排列顺序唯一。其次为了避免相邻彩色条纹之间的串扰,动态插入黑色条纹并通过相移对分辨率的下降进行补偿,即在时间上再进行编码,以补偿空间编码时造成的分辨率下降。实验结果和比较表明,所提出的方法易于解码,在实时性要求不高的场合可以取得非常好的效果。     

基于单目结构光的手型、脚型三维轮廓测量系统设计

随着人们生活水平的提高,定制化产品也逐渐实现大众化。产品的三维参数快速精确获取是定制化产品的前提。基于结构光三维测量技术,搭建了用于手型、脚型三维轮廓测量的光机结构平台,实现了视觉旋转装置与测量对象的运动轨迹分开,保证了系统可以对测量对象无接触、简便地采集图像信息。另外,结合逆相机系统标定技术、条纹编码技术、三频外差解相技术、点云配准技术等搭建软件分析平台,集合了相机投影仪控制及标定、图像采集、三维重建,点云处理等功能。通过该软件平台可以快速进行系统标定和对数据图采集和处理,获取测量对象的三维点云数据,得到手模的三维轮廓信息。最后,进行了相机和投影仪标定实验、基于手模的三维重构实验。相机和投影仪标定的重投影误差分别为0.04和0.1像素,标定结果较好。系统标定参数结合解相得到的相位可以对手模的三维重构,不同角度重构的点云进行配准融合,得到完整的手模点云,实现了手模三维参数的获取。通过系统验证了所提出方案的可行性以及有效性。本方案为手型和脚型的定制化数据获取提供有效的解决方案,有望用于相关产品的生产制造。     

基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体,设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统,并阐述该套测量系统的结构组成和基本工作原理。首先,基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型,计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标,再通过单元模型的链接和光束平差,获取全部角点的精确全局坐标,并将其作为立体定向靶标的全局控制点。然后,设计了利用共面角点辅助定位的探针,仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后,利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵,推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系,进而求得探针测头的全局坐标。以量块（量棒）的标准长度作为评价指标,在2m×1.5m的视场范围内测量精度优于0.1mm。测量实验表明,多视场三维视觉测量系统用于具有回转体结构特征的水壶测量,能够获取水壶表面全部区域的点云数据。     

基于射影几何的目标点三维坐标值测量

针对机械手抓取的目标物其空间位置难以定位的现状提出如下方法：在由双摄像机采集到的两幅图像中利用模板匹配找到目标物,测定其中心点的图像坐标,将其坐标值代入摄像机的成像模型中进而算出该点的三维坐标值。该方法具有精度高、适用性强的特点。实验结果表明,用该方法确定的目标物位置能够达到机械手抓取所需的精度要求。     

基于双拟合优化的聚焦深度三维形貌测量方法

聚焦深度法广泛地应用于小尺寸零构件的三维形貌测量。 针对聚焦评价曲线多存在噪声导致三维形貌测量的精度下 降,且效率受图像序列数目和聚焦评价算法限制的难题,通过结合双拟合优化理论与聚焦单峰性评价指标提出了一种基于自适 应权重的聚焦极值搜寻方法,并进一步基于三次多项式二次插值算法和多级中值混合滤波优化深度信息。 实验结果表明,方法 对仿真图像数据的均方根误差(RMSE)较高斯拟合和多项式拟合分别降低了 19. 08% 、17. 32% , 对球栅阵列封装 (BGA) 图像 中受噪声干扰较大的区域仍具三维分辨能力,同时对钻削刀具进行了测量,提出的方法在 50% 的图像序列数目和图像分辨下 RMSE 仍降低了 77. 8% 、62. 6% ,有效减少了聚焦曲线噪声对测量结果影响的同时提升了三维测量的效率。     

A low cost 3D shape measurement method based on a strip shifting pattern

We present a simple, low cost but fast 3D shape measurement method. There is no limitation on the object's material and texture. We use a projector to project a strip shifting pattern on the object, and a digital camera to record videos of the scene. The distortion of the strip shadow on the object is used to get the object's 3D information. A novel space-time edge finding method is introduced to position the shadow edge accurately. This edge finding method overcomes the effect of inter-reflection and high light. Using this space-time information, we can calculate the pixels' 3D coordinates. To get the 3D shape of an object with black texture, we improve the black strip pattern to a 3-color strip pattern. The bad data are filtered by a post-processing 3D filter, which makes full use of the neighborhoods' geometric constraints and the view point constraint. Meanwhile, our measurement method is fast, regardless of the complexity of the shape.     

多光谱3D成像方法

已有3D成像方法难以实现单目、单帧图像条件下同时获取场景图像及深度信息,也不能兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。为此,创新地提出多光谱3D成像方法,通过具有纵向色散的光学成像镜头与快照式多光谱图像传感器两部分构成图像采集系统,使用离焦深度还原算法获取深度信息。其基本原理为:首先,增强纵向色差光学镜头使得同一物点在不同光谱波段图像上的成像离焦程度不同;其次,快照式窄带多光谱图像传感器单帧曝光同时获取多幅窄带光谱图像;再通过离焦深度还原算法根据多光谱图像边缘梯度获取3D信息。实验采用纵向色散增强型光学成像系统及快照式多光谱相机捕获450±10 nm、525±10 nm、620±10 nm 3通道光谱图像,对5 m内场景进行3D深度恢复,获得了深度误差不高于5 cm的测量结果。实验结果表明多光谱3D视觉方法可以实现单目、所提单帧图像的深度估计。该方法能同时获得视觉及深度信息且无需空间位置配准及预先深度刻度,单帧图像处理平均耗时0. 186 s,图像采集系统尺寸为120 mm×77 mm×65 mm,其工作功率约为10 W,兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。因此,所提方法有望在无人驾驶及智能机器人等领域获得广泛应用。     

成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法研究

在中医舌诊的客观化研究中,舌面的彩色三维数据能为医生提供更全面的信息,提高诊断的准确性。提出了一种基于成像光线追踪的舌面彩色三维成像方法。在成像光线追踪模型的基础上,引入光平面约束,以准确确定成像点到空间测量点的映射,结合2个线结构光传感器的扫描测量,分别获取舌头上表面及下表面完整的三维信息,并根据空间测量点到成像点的映射,完成颜色渲染,获取对应测量空间点的颜色信息。设计并研制了舌面彩色三维成像系统,进行了测量及精度验证实验,实验结果表明该方法可以准确获取舌面的彩色三维信息。     

基于激光扫描的足部三维测量仪设计

个性化鞋楦设计是社会发展的必然趋势,足部测量仪的研制成为了一个重要课题.提出了个性化足部扫描测量仪的设计方法,介绍了仪器的测量原理以及标定方法,设计出控制系统、光学系统、移动平台和图像采集模块来实现快速足部扫描.经过自行开发的软件控制系统执行图像提取与数据分析,即可在短时间内重建出所测量的足部轮廓.最后,对足部进行了实际扫描,该过程可在10s之内完成,测量误差小于0.5%.得到了很好的结果,满足工业设计的要求.     

动态三维测量中图像同步高速投影与采集的原理及实现

基于结构光的动态物体三维面形测量对航空航天、能源和汽车等领域的科学研究与工程应用具有重要作用。然而现有测量设备单次测量时间过长,难以实现对动态物体三维面形的测量,其中主要的难点在于图像高速同步投影与采集。提出了一种图像精确同步高速投影与采集的方法,该方法通过实验测定出数字微镜翻转延时和触发曝光延时,设计了帧触发信号、数字微镜翻转、LED光源点亮和相机曝光之间耦合工作的精确时序,从而实现了220帧/秒图像的精确投影与采集,为动态物体三维面形测量设备的开发提供了良好的技术基础。