基于光栅结构光双目视觉的动态三维测量方法研究

基于矩形光栅结构光和双目立体视觉测量技术,提出一种物体表面三维形貌的动态测量方法。采用基于光平面引导的稠密光栅光条匹配方法完成左右摄像机光条图像的匹配,该方法先通过各光平面对应的单应矩阵实现左右图像点的对应,再结合极限约束及空间点距离约束完成左右光条中心点的全局最优匹配,以此解决由两摄像机和投影仪组成光栅结构光测量系统中光条匹配难题,对匹配完成的图像光条点应用双目立体视觉测量原理完成物体表面的三维重建。实物实验中,对姿态变化的手臂进行测量,结果证明仅需投影单幅光栅图案可实现手臂三维形貌的测量,验证该方法的有效性。     

基于彩色编码相移条纹的相机标定

针对传统标定方法对靶标特征点模糊噪声适应性低的问题,提出一种基于彩色编码相移条纹的标定方法.以液晶显示面板为标定靶,依次显示水平和垂直彩色编码相移条纹;通过颜色通道分离,得到正交相移条纹;结合相移理论,以正交相位截断线的交点为特征点;多次改变靶标位姿,提取特征点,结合基于平面二维靶标的标定理论,实现单相机与双目立体视觉...     

基于双目相机的光栅立体印刷图像合成

目的研究一种基于双目相机的光栅立体图像合成方法。方法首先用双目相机采集场景中2个观察角度的二维平面图像数据。基于双目立体视觉理论,采用一种鲁棒性较强的基于区域分割的图像匹配方法,得到精度较高的深度图。然后分析序列视差图像的成像模型,建立一种基于双目图像对生成序列视差图像的方法,得到连续角度等间隔的序列图像。最后基于柱镜光栅的光学特性形成的立体印刷图像编码规则,对序列视差图像进行纵向条纹抽样分割,等间隔的抽取每幅序列视差图像中的对应列实现光栅立体图像的合成。结果验证了该光栅立体图像合成方法的有效性。结论基于双目相机的光栅立体合成方法,可以使立体印刷产品实现个性化、便捷化的即时输出。     

动态傅里叶变换轮廓术实现路面形变快速检测

公路表面的三维结构对于判断公路路面破损状况具有重要的意义。基于光栅投影的傅里叶变换轮廓术将物体的高度信息编码在投影到待测物面上的正弦条纹的形变信息中,可以实现对物体的垂直测量。探讨了傅里叶变换轮廓术在高速公路路面面形测量-动态实时系统中的应用,提出了利用自适应标准模版匹配,基于特征图像识别的方法,分选破损的公路路面,从而实现对高速公路路面形变的快速实时检测。     

双目立体视觉中特征点三维坐标重构校准研究

双目立体视觉是一种商业化较成熟的三维测量技术,左右摄像机内外参数的精确标定是实现三维重构的基础和关键。针对棋盘格和圆点两种标定板图案研究了相应的图像处理技术,实现了标定点的亚像素精度定位及其有效排序。采用基于单映性约束和非线性优化的多视角平面标定算法实现了摄像机光学及空间位置参数求解。用极线约束残差法衡量标定结果的准确度。基于桥式三坐标标准实现标定点三维重构平面度以及多平面空间夹角测量结果的校准,基于光学三坐标标准实现了标定点三维重构空间距离的校准,并分析了校准结果的不确定度。圆标志点三维重构空间距离示值误差为0.029 mm,不确定度U=24 μm（k=2）     

基于光栅编码的三维主动视觉检测

本文介绍了一种基于白光光栅的主动式视觉测量方案 ,一组光栅由光学系统投射至被测曲面 ,获得序列光栅编码的特征测量图形 ,再利用外极约束条件获得匹配曲线上的空间匹配点 ,进而获得空间点的三维坐标     

一种新的二元条码设计与绝对式光电位置编码方法

提出一种新的二元条码设计方法,可用于绝对式光电位置编码.传统的光电编码器主要基于莫尔光栅条纹技术,把位移量变为电脉冲,结构简单,但由于增量式相对测量方式,从而使得光电编码器的应用受到了限制.本文提出的二元条码设计方法,在单码道上设计了包含三种频率信息的光栅,采用二元脉冲编码调制和误差扩散的方法形成二元条码标尺.在光电位置编码器中,标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD上.对CCD获取的该段条码信息进行傅里叶变换,滤波和逆傅里叶变换,得到三种频率光栅的相位信息,采用小数重合法得到该段条码的绝对相位分布,从而得到绝对位置信息.新的方法保留了单码道光栅莫尔技术结构简单的优点,同时又能像多码道光栅编码器一样实现绝对位置测量.文中给出了编码方法的详细描述,条码信息处理方法,计算机仿真实验结果,最后给出了绝对式光电位置测量的实验结果.本文提出的方法在绝对式光电位置编码器和数字水准仪等领域具有一定的应用前景.     

立体视觉测量中图像匹配的方法研究与应用

立体视觉测量中图像配准方法和效率一直是制约其测量效率的瓶颈,本文提出一种基于应用极几何结合仿射变换来解决双目立体视觉中图像匹配的方法,该方法首先利用两幅图像间的极几何关系,确定一些可靠匹配点作为控制点,进而构建全局仿射变换,把像面的特征点投影到另一幅像面上,再利用极几何约束和变换后的图像点位置关系,分区域进一步搜索匹配点,最终实现图像对的快速有效配准。     

光栅印刷工艺的质量控制

立体印刷（Three-DimensionalPrinting）是印刷工艺的一个分支，它把光栅立体成像技术与印刷工艺的精华融为一体，使平面印刷图像呈现出立体视觉和异变动画的奇特视觉感受。打破了传统印刷品平面、静态、单一的效果，为印刷品添加了几分活力，同时，也赢得了广阔的市场。     

无编码全局控制点多视角三维数据拼接

多视角三维数据的拼接一直是视觉测量领域研究的难点之一,本文提出了一种无编码全局控制点的多视角三维数据拼接方法。以多个固定不动的无编码标志点作为全局控制点,建立全局坐标系。移动结构光立体视觉测量系统的不同视角对物体表面各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维测量数据及控制点。根据控制点的空间几何变换不变性自动匹配出各视角局部控制点在全局控制点中的同名点。依据同名控制点对,采用SVD算法求解局部坐标系与全局坐标系的变换关系,从而实现全局拼接。最后,以10个圆形标志点为全局控制点从5个视角对鞋楦进行测量,实验结果表明:该方法消除了多视角拼接中的累积误差,控制点的重合度平均误差为η=0.013mm,与手持式扫描仪对比标准偏差为0.177 mm,获得了较好的拼接效果。     

一种立体视觉测量高精度标定新方法

提出一种实现通用摄像机标定和现场高精度立体视觉传感器标定的新方法。该方法无需预先给定初始参数,而是根据投影矩阵计算摄像机参数的初始值,结合镜头畸变的标定数学模型,实现通用摄像机标定;在立体视觉传感器三维测量模型基础上,引入目标距离约束建立结构参数标定优化目标函数,从而得到使空间距离偏差最小的最优结构参数,实现传感器现场高精度标定。实验结果表明,上述方法标定精度较高,已标定传感器空间距离测量相对误差小于0.45%。     

一种高密度光栅结构光编码方法

针对光栅结构光传感器三维测量过程中光条识别问题,提出一种新的金字塔子光栅投射法结构光编码方法。该方法把高密度光栅逐级细分为若干个可容易识别的子光栅,用空间二分编码方法分别对每个子光栅进行编码,并详细介绍了确定光条点码值的方法。把该编码方法应用于光栅结构光传感器中,实现了维纳斯雕像的三维测量,并给出了三维重建结果。结果表明,该编码方法误码率仅为0.75%,特别适用于物体三维轮廓致密测量。     

Three-dimensional shape measurement using improved binary spatio-temporal encoded illumination and voting algorithm

Some regions of objects will be measured incorrectly or cannot be measured in optical three-dimensional (3D) measurement system based on coded structured light, due to occlusion, shadow, transfer function of measurement system, and noise. To obtain 3D data as much as possible and as correctly as possible, we proposed a method using improved binary spatio-temporal encoded illumination and voting algorithm. Firstly, the binary spatio-temporal encoded (BSE) pattern is improved with a redundancy encoding method. One code is assigned to two adjacent sections and distinguished with their temporal coordinates. The redundancy encoding method provides more cues for code correcting and retrieving. Secondly, symbols are estimated according to four coding cues--code redundancy, continuity of stripes, intensity variation in temporal direction, and neighbor symbols in sequence. Finally, a voting algorithm is adopted to obtain final symbols. A plaster model of a human head was measured to validate the method. The experimental results reveal that more valid points can be obtained and the reliability of the decoding results is improved.     

彩色伪随机编码闪光投影系统的建模及其标定

为实现仅用一幅图象在真正的三维欧氏空间重构三维场景,尤其是动态的三维场景,系统需要对彩色伪随机编码闪光投影系统进行建模和预标定。当系统参数改变后,利用伪随机编码图案的几何约束,不需重新标定,可实现自适应重构三维场景。通过对投影仪像质的的无畸变性分析,用线性模型对投影仪成像过程进行建模,并提出一种高精度的投影系统直接标定方法,通过测出靶标上各投影编码特征点在空间的三维齐次坐标,求出内外参数实现了对投影仪的预标定。标定精度达到0.1单元格,欧氏重构结果较为理想。     

三维内曲面轮廓非接触式激光扫描图象测量

三维内曲面轮廓的非接触式精密测量是计测领域中的一个难题。本文基于光机电一体化的思想，针对非球型回转体内轮廓的非接触式测量，提出了激光扫描图象测量法，论述其测量原理，介绍了测量系统的特点和组成．对这一技术的研究．将有助于零件的在线非接触式测量，尤其是在恶劣的工业环境下的测量，以及计算机集成制造技术（ＣＩＭＳ）的发展     

多光束移相干涉在镀膜平面形貌测量的应用研究

本文以光干涉原理为基础,分析多光束干涉原理特点及其在平面形貌(平面度)测量中应用可能,提出应用移相方法对被测镀高反膜表面进行调制,得到一系列被调制的干涉图样,经计算机对干涉图样进行自动采集和图像解包裹,获得被测表面的三维形貌数据,并通过实际测试验证了该方法的可行性和科学性。     

多光束移相干涉在镀膜平面形貌测量的应用研究

本文以光干涉原理为基础,分析多光束干涉原理特点及其在平面形貌（平面度）测量中应用可能,提出应用移相方法对被测镀高反膜表面进行调制,得到一系列被调制的干涉图样,经计算机对干涉图样进行自动采集和图像解包裹,获得被测表面的三维形貌数据,并通过实际测试验证了该方法的可行性和科学性.     

符号M阵列结构光的编码研究

编码结构光的三维检测是一种主动视觉方法,通过投影仪投射一定的编码模式,获取匹配点,通过三角原理获得深度信息。为实现物体表面的快速测量,采用伪随机阵列对结构光进行编码。由于基于对角线法无法得到合适尺寸的 M阵列,研究一种能生成大尺寸 M阵列的算法,为提高测量的空间分辨率及测量精度奠定基础。在三元域中,使用单色光,选择条纹、圆圈和圆盘作为 M 阵列符号 ,符号容易识别和区分,并为解码图像搜索提供信息,提高对环境的抗干扰能力。大部分码字的汉明距离大于 3,具有更好的鲁棒性。实验结果验证了该方法的可行性和有效性。     

平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。     

视觉测量中动态编码点的设计与检测

针对机器视觉动态测量中编码点的使用需求,提出了一种基于频率编码的动态编码点。在测量过程中,动态编码点按照固定的频率闪烁,将编码点的闪烁频率作为编码信息。动态编码点由静态定位区与动态编码区组成,其中,静态定位区用于对动态编码点特征圆的识别与定位,编码点的编码信息储存在动态编码区中。根据动态编码点的结构,设计了编码点的检测与解码算法,实现了动态编码点的快速检测。编码点提取实验结果表明,动态编码点编码方案简便稳定,便于布置,易于检测和识别,满足设计要求。