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。     

一种新型光纤传像微三维测量系统

根据结构光测量原理，利用光纤传像束所具有的自由度大、能弯曲及易实现长光路等特点，结合数字条纹投影技术和相移法测量技术，提出了一种新型微三维测量系统．因为从投影仪投射出来的光栅条纹是经光纤传像束及其两端的光学系统投射到被测物体上的。所以与其它同类系统相比，该系统降低了对被测物体方位的要求，从而使测量更加方便。拓展了微三维测量系统的适用范围．构建了测量系统，并对不同对象进行了测量，且重构出了被测物的三维形貌，验证了系统的可行性．     

一种面结构光投影仪的标定方法

目的 研究并提出一种简单的面结构光投影仪的标定方法,结合试验搭建的测量平台,实现对饮料瓶、易拉罐、瓶盖等形状规则的包装件以及轮廓复杂人脸的准确测量。方法 首先借助二维灰度棋盘格标定板并采用张正友法标定好摄像机,再向标定板投影设定好的黑白棋盘格图案,然后结合图像阈值分割和形态学操作方法获取相机捕获投影图案的特征点坐标,最后使用标定好的摄像机参数来标定投影仪。结果 文中提出的标定方式相对操作简单、成本低,且在x和y方向的重投影误差基本都小于1个像素。结论 测量实验结果表明,文中标定方法能保证对人脸模型较理想的测量精度,有较好的应用范围。     

基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法研究

针对工作台运动误差,提出了一种基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法。通过液晶空间光调制器(SLM)生成无衍射光,利用两束无衍射光干涉生成莫尔条纹。设计了无衍射光莫尔条纹三自由度测量光路,建立了三自由度运动误差数学模型,并用几何分析法将三种运动误差(偏摆角、滚转角和俯仰角)进行分离。利用旋转台模拟不同大小的三自由度运动误差,带有误差信息的无衍射光和莫尔条纹图案分别由CCD1和CCD2接收。实验结果表明,通过光斑中心偏移量计算出的实际运动误差值接近理论值,测量误差不超过0.0104°,验证了无衍射光莫尔条纹三自由度测量系统的可行性与正确性。     

基于GPU的结构光三维测量快速计算方法

针对CCD摄像机高分辨率下CPU进行三维测量计算效率低的问题,提出基于GPU技术的快速计算方法.同时针对三维测量的四个具备并行度的过程,该方法给出了在GPU上可实现的具体算法流程,并根据数据规模及GPU特性,设计了一种新的GPU设备端数据结构组织方式.实验结果表明,该方法有效利用了GPU的大规模并行处理能力,在处理500万像素数据过程中整个测量时间仅需4s左右,计算效率是CPU的160倍.     

结构光视觉测量系统标定算法研究与实现

提出一种精确的结构光三维视觉测量系统标定算法.首先对系统内组件相机和投影仪进行亚像素和亚条纹级单独标定,在投影仪标定时,根据光学特性使用一种新颖的方法解决了系统标定的限制性条件:两组件标定时对标定物有严格的位置要求;另外,结合立体视觉标定技术,提出一种对系统结构进行强约束估计的系统标定方法,使用L-M优化算法调整各组件的内外参数,提高了系统整体的标定精度.试验结果表明了标定算法的鲁棒性和有效性.     

基于线结构光的叶片型面特征检测方法研究

叶片是燃气轮机和航空发动机的核心部件,随着我国两机行业的高速发展,对于叶片在研发、生产和维修等方面全生命周期检测的要求不断提高.光学测量是目前叶片三维形貌高效检测的新手段,但是在测量精度等方面相比传统三坐标测量机仍存在一定局限.该文提出一种基于线结构光的叶片型面特征检测方法,设计开发一套四自由度检测平台,针对基于标定物...     

一种新型刚度退化模型及复合材料结构渐进损伤分析的通用方法实现

针对复合材料结构的强度设计与分析方法问题,基于Tsai-Wu强度准则,该文提出了一种新型刚度退化模型,建立了一套层合/实体型复合材料结构渐进损伤分析的通用方法,并开发ABAQUS用户材料子程序用于层合型和实体型复合材料典型结构的渐进损伤数值仿真与试验验证,结果表明:该文提出的模型和算法,在保证层合型复合材料结构损伤分析能力和精度不低于已有方法基础上,对C/C实体型复合材料结构极限承载能力的数值模拟相对误差精度也达到20%量值水平。     

一种新型刚度退化模型及复合材料结构渐进损伤分析的通用方法实现EI北大核心CSCD

针对复合材料结构的强度设计与分析方法问题,基于Tsai-Wu强度准则,该文提出了一种新型刚度退化模型,建立了一套层合/实体型复合材料结构渐进损伤分析的通用方法,并开发ABAQUS用户材料子程序用于层合型和实体型复合材料典型结构的渐进损伤数值仿真与试验验证,结果表明:该文提出的模型和算法,在保证层合型复合材料结构损伤分析能力和精度不低于已有方法基础上,对C/C实体型复合材料结构极限承载能力的数值模拟相对误差精度也达到20%量值水平。     

结构光深度获取系统校准方法

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时,投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差,提出一种测量系统校准方法。该方法以N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助,根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准;通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量,指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导,为非经验装调工作者提供技术支持,实验数据论证了该方法的有效性。     

基于变窗口浮动阈值的调制结构光三维测量方法

为了解决结构光三维测量中深度信息的准确提取问题,提出了基于变窗口浮动阈值的调制结构光三维测量方法.该方法根据调制结构光相位信息得到被测物体的深度信息,分析条纹图像灰度输出信息与条纹轮廓之间的关系,对每一像素点灰度值在选定窗口内建立周期函数,并对其在整个图像域内进行周期延拓,利用窗口内灰度的极值构造新的权函数,并以此权函数为依据对不同点分配权值,使窗口内各点灰度满足单调性,从而得到不同的选定阈值.实验结果表明,应用这种变窗口浮动阈值法可以得到很好的分割效果,用于沟槽槽深调制结构光三维测量时,标定后其测量结果的重复性优于0.4μm.     

部分编码结构光三维测量技术的研究

提出了一种部分编码结构光三维面形测量方法,将相位展开技术与条纹编码结合起来,既有效地减少了投影和拍摄的图像数量又提高了相位展开的可靠性.该方法利用部分编码技术对相邻的多根条纹进行整合,减小了条纹密度,然后再对整合后的条纹相位进行展开,最终得到整个图像的相位分布.实验证明,该方法可以较大程度地减少重建所需的画幅数,同时具有良好的精度和可靠性.     

光栅光调制器阵列翘曲问题分析

提出了一种新颖的面向大屏幕高清晰度显示的光栅光调制器（GIN）阵列．它利用光衍射原理对入射光进行调制．GIN是在硅片上分层构造的器件,采用以铝膜工艺为主的表面微加工工艺．在研制过程中器件翘曲成为制约器件性能的关键问题．从残余应力分析入手,分析了产生残余应力的原理,并提出使用单金属膜并控制工艺参数的改进方案．另外,采用“减薄梁”的工艺,使大部分应力释放在刚性较弱的支撑梁上．加工结果印证了理论分析和仿真,最终器件获得了较为平坦的表面．     

结构光测量系统误差分析

本文针对交比不变原理的结构光光平面标定方法,利用泰勒展开和矩阵扰动原理分别对系统的测量误差和光平面标定误差进行分析,提出了结构光测量系统的误差传递模型.并给出了一个实验特例的精度要求,即满足在1 000 mm的测量距离上获得±O.5 mm以内的测量精度情况下,各标定参数所需满足的精度要求,以及标定样本的精度要求.对误差传递模型所得出的标定参数的精度要求进行实测实验验证,得到测量数据的均方根误差为0.333 4 mm,满足理论上的精度要求.该实验结果证明了本文所述的误差分析可以有效地对结构光系统误差进行定量分析.     

大视场线结构光视觉传感器的现场标定

针对大视场线结构光视觉传感器的现场标定,提出了一种基于自由组合一维靶标的标定方法。自由组合多个一维靶标并固定,其中每个一维靶标至少包含3个共线特征点。靶标在传感器测量空间内自由摆放至少两次。以一维靶标两两之间夹角恒定为约束求解摄像机内部参数;由一维靶标消影点性质和特征点之间距离约束,求解各特征点在摄像机坐标系下的空间坐标;根据交比不变计算光平面与各一维靶标交点的摄像机坐标,拟合出光平面方程。实验表明,该方法可获得与平面靶标相当的标定精度,具有靶标加工容易、精度高、摆放次数少的特点,适合大视场线结构光视觉传感器的现场标定。     

关节臂激光扫描系统光条中心提取方法研究

在基于关节臂的线激光扫描系统中,光条中心的提取精度和所用时间直接影响到整个系统的测量精度和实时响应能力。本文在国内外现有算法基础上整合改进,利用迭代阈值法、改进 Sobel 算子和光条修补算法完成光条粗提取,取中心点附近10 pixels利用灰度重心法计算光条中心精确位置。实验证明,该算法在350 mm×350 mm测量范围内,系统测量误差优于40μm,一次提取时间28 ms,确保系统35 f/s扫描频率,满足实时在线测量要求。