基于正弦光栅相位调制的三维测量

高分辨率三维轮廓的测量在现代社会有着广泛应用,本文对正弦光栅相位调制的三维测量方法进行了理论研究,用计算机控制数字投影设备产生正弦条纹光栅,利用CCD采样分步移相的图案,通过解包裹的方法获得物体的三维信息,测量精度达到10微米。     

基于伪随机阵列和正弦光栅的结构光标定

针对投影仪-摄像机结构光系统标定精度低的问题,提出一种基于伪随机阵列与正弦光栅结合的标定算法。该方法直接对标定板角点进行编码,根据角点在不同坐标系下的点对关系求解系统参数,提高了传统的编码精度和结构光系统标定精度。在正弦光栅条纹中心处投射伪随机阵列,根据伪随机阵列窗口的唯一性和相移法可求出正弦光栅的真实相位;分别在水平和竖直方向投射正弦光栅,根据不同方向的真实相位值形成对标定板角点的唯一编码;根据编码值获得标定板角点在投影仪像平面、摄像机像平面和世界坐标系下对应点集,根据相机标定算法可得到投影仪、相机的内外参数。该方法直接对标定板角点高精度编码,求解世界坐标点和像素坐标点的对应关系,仅需要普通棋盘格标定板可实现高精度标定。实验结果表明最大反投影残差为0.7像素,棋盘格角点重建均方差为0.08 mm。     

基于组合编码的条纹结构光主动立体视觉匹配

立体视觉中如何提高图像匹配的密度以及精度,已成为研究中的热点和难点;提出Gray码条纹和正弦位移条纹投射相结合组合编码方案,结合中心线解码完成图像匹配,可消除Gray码解码误差,以及基于绝对相位匹配中的相位展开误差;位移步长不受条纹周期的限制,显著提高了采样点的匹配密度;采用双向正交投射实现视场全局唯一性编码,作为匹配特征完成同名采样点的一一对应;应用该编解码方案建立主动视觉测量系统,完成了标准平板和圆柱的形状检测与误差评定,以及复杂形状物体的三维重构;结果表明了算法的有效性。     

基于格雷码和多步相移法的双目立体视觉三维测量技术研究

传统的被动式双目立体视觉三维测量技术,具有操作简单,使用灵活方便,相机标定技术成熟的优点,但是对于特征点稀疏图像,寻找匹配点困难,匹配精度低。编码结构光测量方式通过向待测物体投射特定的编码图案,获取编码图像进行解码求解物体的三维信息,具有着测量精度高,速度快的优点,但是存在着投影仪标定精度低,实现难度大的缺点。提出了将双目立体视觉和编码结构光相结合的三维测量方法,在完成双目校正的基础上,向待测物体投射格雷码图案和多步相移图案,给予被测物体容易识别和可控制的特征信息,最后求取物体的三维信息。而且通过实验论证了投射多步相移图案比起4步相移图案,测量精度更高,能够更好的体现物体细节。     

基于组合光栅的双目立体测量

针对高精度三维测量问题,提出了基于组合光栅的双目立体测量方法.该方法通过向被测量物体投射矩形和正弦条纹,计算出物体表面的相位分布,由相位和极线得到三维坐标信息.实验表明该方法能够有效地降低数据处理时间,提高测量精度和匹配率.     

相移法光栅投影3维物体表面重建中一种消除交叠的算法

光栅投影成像是3维物体重建和测量的重要技术。它将广泛应用于科学研究、生产、文化艺术、医学等各个领域。目前,这项技术的自动化程度较低,速度较慢。因此,对其研究具有重要的理论意义和实用价值。首先介绍了光栅投影成像和3维物体重建的基本原理,然后提出了利用光栅投影条纹编码、解码、相移技术和莫尔法相位解缠确定3维物体深度信息的方法。光栅投影条纹采用逐步二分的二进制7位码编码,相移采用间隔π48步相移的正弦相移技术。此外,还提出了一种算法以消除因光栅条纹图像发生交叠而造成条纹解码产生的错码。这种算法利用各幅条纹编码图像中条纹位置的相关性,通过对条纹边界线灰度值的迭代,实现交叠条纹的区分。该算法加快了条纹解码和相位解缠速度,减少了存储量,提高了自动化程度和测量精度。     

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。     

基于镜像和奇偶校验容许两个盘故障的磁盘阵列数据布局

通过讨论由数据条纹、其镜像和奇偶校验组成的校验条纹的容许两个盘故障的阵列布局,给出了一种新的阵列布局策略:把校验条纹的单元划分作为阵列布局的一个主要步骤,使得容许两个故障的条件通过校验条纹的单元划分来实现。为讨论容许多个盘故障的阵列布局提供了一条新途径。给出了校验条纹的容许两个故障的单元划分条件以及多种划分。对每个l(m+2l2m+1),利用给出的l—划分,设计了一种容许两个盘故障的阵列布局方案。给出的阵列布局方案具有高的可靠性、高的吞吐量、好的I/O性能以及简单的编码和解码算法。     

基于彩色结构光的自动编码算法

针对光栅投影三维轮廓测量中被测对象所含特性越来越复杂,提取到的细化光栅条纹存在大量断裂,导致细化条纹编码困难的问题,提出了一种基于彩色结构光的自动编码算法。设计了一种新的彩色结构光模型并且给出了其设计原理,实现了一种新的条纹自动编码算法。该算法从投影的彩色结构光栅中提取到带有颜色信息的细化光栅条纹,通过判断条纹最佳相邻的连通区域依次对其每种颜色的细化条纹进行编码,最后利用光栅模型的周期性进行组合编码得到完整图像的条纹编码。仿真实验结果表明：该彩色结构光模型设计简单,条纹自动编码算法的准确率较高,其误差能够降低将近10%,利用得到的条纹编码数据能够重建出较理想的三维点云数据模型。     

一种点云数据获取的编码结构光方法研究

介绍了采用De Bruiin序列对结构光进行编码,基于全局优化思想对条纹边界进行最优邻域匹配,利用增加约束的动态编程遍历最优匹配路径网格得到最优匹配路径;对畸变条纹图像进行颜色校正,提高了边界检测的准确率.该编码策略解码简单,匹配算法能取得较好效果,得到的点云数据精度能够达到三维表面重建的要求.     

基于空间二进制编码的阈值分割方法研究

在三维检测技术中为了得到良好的编码结果从而获取准确的三维数据,必须以清晰的阈值分割的结构光投影图案为前提.由于物体本身带有色彩和光照不均匀使得利用一般的阈值分割方法无法得到质量较好的二值化条纹图.因此根据空间二进制编码必须规范化的特点,提出了一种利用一系列投影图案而得到的基于单像素的阈值分割方法.采用新方法后,可以有效改善由于物体本身色彩和光照不均匀所引起的阈值分割结果较差的现象,得到黑白条纹清晰的二值化结构光投影图案.方法实现简单,阈值分割仅根据一系列图像中的单个像素点进行,因此不受图像中其他像素的影响,抗干扰能力强,可以很好地应用于基于空间二进制编码的形貌测量中.     

基于条纹边界编码光系统的三维分层重构技术

给出了一种基于条纹编码光的三维分层重建技术;为了提高结构编码光的抗干扰性,采用一种基于时空多帧编码的投射条纹图像,通过整合分析多帧图像不同条纹间的跳变关系得到被测物象的光栅条纹编码从而有效提高结构光的抗干扰性;采用一种新的基于组合数学的编码算法以利于条纹编码自动化;在既有文献基础上,提出新的基于条纹边界编码光的三维分层重构数学模型。实验结果证明,在3D重建方面,该技术具有较强的鲁棒性。     

基于单幅光栅条纹图像的钢轨表面三维重构研究

针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移动。利用推导的相移公式直接求取包裹相位变化量,并解包裹得到连续相位分布。将连续相位代入相位高度映射关系,获得轨面高度分布,重构钢轨表面三维形貌。利用传统Stoilov五步相移法重构钢轨表面。通过对仿真结果的对比分析并结合实际情况,该方法能够很好地实现钢轨表面的三维重构,并且误差小于Stoilov五步相移法,运行速度较快,更适合在线检测。     

x-f-k变换快速实现频域解相方法

为了快速实现三维面形测量,提出一种x-f-k变换频域解相方法。相比传统方法,x-f-k变换在水平及垂直方向上分析变形条纹实现条纹相位解调,测量速度快、测量精度高并且内存需求小。该方法分别对变形条纹的行和列先做S变换,再做傅里叶变换,得到像素点的系数矩阵,进而得到相位信息,通过相位与高度分布的调制关系重建三维物体的面形。结果表明,所提方法能够快速实现以条纹形式提供测量结果的光学三维面形测量,测量误差在0.6%以内。     

摄影测量中一种新的编码点识别和提取算法

描述一种符合摄影测量要求的编码点,并提出一种新的识别和提取编码点算法。这种编码点有15位编码,编码的数量达到2191,完全能够满足摄影测量的要求。通过CannY算子边缘提取和椭圆拟合,极大地提高了识别的正确率,能够实现解码的高鲁棒性。编码点中心坐标的精度达到亚像素级。该解码方法简单,且编码点识别率极高。     

基于边界信息的结构光编解码方法

针对传统结构光编解码算法在处理有遮挡、阴影的光栅条纹时会导致错误的解码,且得到的不同编码值条纹会出现重叠现象的问题,通过采用改进的Canny算子提取黑白条纹之间的边界,提出一种基于边界信息的结构光精确编解码算法.根据结构光条纹图像的特点对Canny算子进行改进,使其适用于条纹边界精确提取.在结构光编解码方法中,首先建立描述结构光图像序列条纹边界的编解码二叉树,然后设计边界定位和解码算法来求解未知边界的编码值,再构造边界匹配算法来消除不同编码值条纹部分重叠的问题,最后实现对由于遮挡、阴影引起的断开边界的解码.实验结果表明,该算法对条纹进行解码的精度更高、误判率更低,并且对形状复杂的物体的条纹图像具有较好的抗干扰性.     

基于单幅图像的三维信息提取

针对单幅图像提取三维信息困难,设计了一种基于单幅图像的三维信息提取算法。该算法首先需要标定摄像机,得到摄像机从三维到二维的成像矩阵M3×4,并计算M3×4的伪逆矩阵M+4×3,其本质是通过最小二乘法求解矛盾方程组;利用M+4×3提取二维单幅图像中的三维信息,再把这些三维信息投影到一个平面上显示出来。实验表明,单幅图像目标物体必须满足共面等约束条件,从而可以对目标物体的三维信息做定性分析(定性视觉)。此外,还对三维空间投影到二维图像的过程进行了理论推导,得出了如果没有足够的先验知识,成像过程不可逆的结论。     

融合UV位置图与CGAN的单图像大视角三维彩色人脸重建

基于图像的物体三维重建一直是计算机视觉领域的研究热点.与二维人脸图像相比,三维人脸模型能够承载更多的信息从而具有更广泛的应用前景,如更精准的身份信息识别标志、更准确的情感表达媒介等.为了从单幅大视角的二维人脸图像中重建出具有真实感的三维彩色人脸模型,提出一种结构简单但有效的算法.首先设计一个编码-解码网络,从原始RGB...     

高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术

针对传统相移法在三维(3D)轮廓重建时相位展开耗时长和精度较低的问题,提出了一种新的高效率的三原色(RGB)格雷码编码方式对相位解包裹。用彩色摄像机分别拍摄经由物体高度信息调制后变形的正弦光栅图像,每幅光栅图片相移π/2;在正弦光栅灰度值最大处投射RGB格雷码对条纹定级;根据左右图像的相位展开值和双目视觉原理对左右视图进行匹配,恢复模型的3D轮廓。提出的方法在64级条纹之内将解码需要的投影条纹数量减少到3幅,测量速度和精度都有明显提高。将提出的方法应用在模型表面测量和标准球测量实验中,结果表明,提出的方法提高了重建速率且精度小于0. 03 mm。     

基于数字投影仪的光栅相位自校正方法

提出了一种针对数字投影仪的光栅相位自校正方法. 在基于光栅投影的主动式视觉三维测量技术中, 投影出具有标准正弦分布的光栅条纹是其关键环节之一. 对投影仪投出的光栅条纹, 应用n步相移法通过条纹图像得到其理想的相位分布, 然后根据理想相位分布和实际相位分布的映射关系, 对投影仪的光栅模式进行自校正. 实验结果表明, 经过3～5次自校正后, 投影仪投影出的光栅条纹质量有了很大的提高, 可以得到较理想的正弦分布的投影光栅.