手绘草图识别技术及其建模方法研究

手绘草图识别技术是计算机支持的交互式草图设计系统中的核心问题,针对这一问题,提出了一种手绘草图识别算法,主要包括手绘草图原始笔划的数据前处理、基于多次检测算法的特征点识别、草图分段识别、空间位置解释、图形重构等内容.本文利用多次识别算法,可以有效解决手绘草图模糊性及拐点和折点不确定性,基于这一技术的三维草图CAD建模方法已在自行研发的CAD软件中得到应用,并取得了良好的效果.     

基于3D草图的个性化鞋楦设计

目的 将基于3D草图的曲面重建方法应用于个性化鞋楦设计。方法 对个性化鞋楦设计方法进行研究,确定足楦设计标准,使用基于3D草图的逆向设计方法,在脚部模型上创建包含足型关键参数的鞋楦3D草图。根据3D草图选择合适的曲面创建工具生成鞋楦CAD模型。通过修改鞋楦3D草图,实现鞋楦模型的变形设计。结论 以Geomagic Design X为设计平台,根据足楦设计标准,实现了基于足部扫描模型的鞋楦3D草图提取和CAD模型创建。修改鞋楦3D草图中头势曲线,在草图约束驱动下得到新款式3D草图,创建了新鞋楦模型,实现了个性化鞋楦的创建和再设计。     

基于StyleGAN的草图生成产品设计效果图方法研究

目的 解决当前产品设计表达中存在对设计师要求高、设计思维具有局限性、设计周期长等问题。方法 提出基于StyleGAN的草图快速生成产品效果图像的方法,该方法利用图像变形技术,将不同程度的产品草图生成真实产品效果图像。结果 该方法可有效地满足设计师创作需求,也能为没有绘画基础的用户生成高质量的产品设计方案。结论 将基于深度学习的StyleGAN模型应用于草图生成真实产品效果图像中,能快速、高效地完成产品设计表达过程,为产品设计表达提供了一个基于深度学习技术的参考框架,也是传统产品设计在人工智能时代的一次创新性探索。     

双目动态摄影测量技术研究与实现

针对振动条件下雷达天线型面变形测量问题,设计了基于双目视觉动态摄影测量系统.介绍了系统的组成和工作流程,并对其中的相机同步技术、相机控制场标定技术、圆形标志点中心定位技术、像点自动匹配技术进行了研究.系统通过图像采集卡实现了一种廉价的ns级双相机同步方式.用10参数模型对相机进行了标定.采用了一种高反射率的圆形人工标志,通过Canny灰度质心的方法实现了圆形标志点中心的定位.系统用两种方法实现了像点的自动匹配:第一种是基于待测物体近似坐标的驱动点匹配方法.第二种则是运用核线约束、像点残差约束和相对关系约束,完成像点自动匹配.进行了振动测量试验,试验结果表明在物距为1.5 m和物体振动频率小于50 Hz条件下,系统点位测量精度小于0.3 mm,平面度测量精度小于0.1 mm.     

起坐辅助产品功能分析与设计研究

目的研究基于动作过程的产品设计模式。方法通过观察人们起立、坐下的过程,开展功能分析,描述腿部各支点变化的规律,构建多点支撑,形成设计参考指标,利用工业设计的方法进行产品设计。结论完成了草图、数字化模型、3D打印模型的设计构建,展现设计过程,为后续研究及同类产品提供有效的指导建议。     

科学级CCD相机在星敏感器中的设计与应用

星敏感器通过探测天球上不同位置的恒星来确定航天器的姿态。星相机是星敏感器的成像系统。虽然近年来CMOS成像技术快速发展,但在科学级成像领域,特别是星敏感器应用中,CCD技术较成熟。本文的研究目的是研究一种探测能力强、数据更新快的用于星敏感器的成像系统。文中主要研究了基于TH7888A科学级CCD传感器的星相机的设计和应用,说明了CCD工作原理,详细分析了该种CCD传感器的星等探测灵敏度,论述了CCD星相机的设计方案。并用成像实验、动态范围测试、星等探测能力实验等实验验证了所设计的相机的性能。设计的星相机可以用给定的小型光学系统在60 ms以内的积分时间探测6等星,相机可达到10帧/秒的图像数据更新频率,满足短积分时间进行快速星光成像的要求。     

基于UG平台的截面特征曲线全局约束优化研究

截面曲线是曲面建模过程中的重要特征,将截面特征曲线重建技术与正向设计技术相结合是实现复杂特征曲面模型重建的重要方法。针对这一问题提出了一种基于UG草图的截面特征曲线全局约束优化技术,并对实现该方法的约束表达、全局约束优化模型的建立及求解、基于UG平台的算法实现等关键技术进行了深入研究。应用实例表明,基于UG的截面特征曲线全局约束优化方法可以得到满足约束条件下的与数据点逼近的最优曲线,基于该曲线可以快速、准确地重建出具有复杂特征的曲面模型。     

苗绣纹样搜索中草图和文本检索的认知负荷对比研究

目的 为了探究一种更高效的苗绣纹样检索方式,通过对手绘草图检索及文本检索过程中的认知负荷来进行对比研究。方法 首先通过构建认知负荷信息检索过程模型,对5个认知阶段的平均认知负荷及所需时间进行实验对比;其次通过眼动指标(持续注视时间、眼球扫视振幅、眼球直径)及NASA-TLX评估对两种检索过程的认知负荷进行分析;最后基于眼动追踪得到可视化眼动数据(热点图、注视轨迹)验证是否符合检索任务需求。结论 基于手绘草图的图形检索方式更适合于苗绣纹样检索,通过主、客观融合对比实验验证了草图检索的高效性,同时也验证了眼动追踪和NASA_TLX具有相关性,能更有效地进行认知负荷测量。     

随机振动响应下空间相机支撑结构设计与试验

针对某高分辨率空间相机结构随机振动加速度响应大的问题,对空间相机支撑结构进行了优化设计。建立了基于随机振动响应分析的数学模型,推导了随机振动均方根响应表达式。基于三点定位原理和双脚架柔性结构原理设计了相机支撑结构,以相机安装点RMS值最小为目标,基频作为约束,建立了相机支撑结构随机响应优化模型,对支撑结构柔性环节位置进行了尺寸优化设计。采用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化处理后的支撑结构进行了工程分析,相机安装点随机响应RMS值最大19.6 grms。最后,对相机支撑结构进行了随机振动试验,结果显示,有限元分析结果与试验测量数据符合的较好,最大相对误差为8.2%,所设计的空间相机支撑结构满足空间相机使用要求,验证了所采用优化方法的可行性。     

随机振动响应下空间相机支撑结构设计与试验

针对某高分辨率空间相机结构随机振动加速度响应大的问题,对空间相机支撑结构进行了优化设计。(1)建立了基于随机振动响应分析的数学模型,推导了随机振动均方根响应表达式;(2)基于三点定位原理和双脚架柔性结构原理设计了相机支撑结构,以相机安装点RMS值最小为目标,基频作为约束,建立了相机支撑结构随机响应优化模型,对支撑结构柔性环节位置进行了尺寸优化设计,采用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化处理后的支撑结构进行了工程分析,相机安装点随机响应RMS值最大19.6 grms;(3)对相机支撑结构进行了随机振动试试验。结果显示:有限元分析结果与试验测量数据符合的较好,最大相对误差为8.2%,所设计的空间相机支撑结构满足空间相机使用要求,验证了所采用优化方法的可行性。     

面向建筑物重建的相机标定方法研究

由于灭点具有很多独特的几何属性且大量地存在于建筑物场景中,因此针对建筑物重建,提出了一种基于灭点的相机标定方法。首先通过构造各种几何约束关系,如灭点与相机矩阵间的关系、世界坐标原点和相机矩阵间的关系,逐步实现相机矩阵的度量重建和欧氏重建,获得相机矩阵的值,然后通过分解相机矩阵得到相机的内外部参数。该方法在标定过程中无须借助任何标定物,求解过程简单,标定速度快。实验结果表明,该方法可以满足虚拟现实中建筑物场景重建的需要。     

An efficient camera calibration and optimisation method based on orthogonal vanishing points

A more efficient camera calibration and optimisation method based on orthogonal vanishing points is proposed. After extracting corner points on the calibration images by using the Harris algorithm, some parallel lines are fitted via the least square method. The Levenberg–Marquard (L–M) algorithm is used to find out the optimum vanishing points. The intrinsic parameters are solved on the basis of the orthogonal vanishing point characters. The enhanced Tsai’s method is designed to solve the extrinsic parameters. The minimum residue optimisation function is introduced to calculate the distortion coefficients and optimise all parameters globally. The feasibility and efficiency of the proposed method is illustrated by an experimental study. The method can be used to obtain high precision calibration parameters without the need of sophisticated mechanical devices. It has great potential to calibration cameras in the field of computer vision, 3D measurement, etc.     

基于单目视频的人体运动测量系统

针对基于视频的人体运动测量过程中,需要进行相机标定导致测量效率低的问题,提出一种单目视频未标定状态下的人体运动测量系统设计方案。该系统采用极大似然估计算法求解场景中的消失点和消失线,根据射影变换的交比不变量确定人体实时身高。在身高测量的基础上,提出一种左右脚部特征点的提取方法用于测量行人的步幅。通过跟踪质心的运动来估计行人的轨迹、实时速度和步频,并对步行速度测量值进行正弦拟合,验证本系统测量的速度值符合行走客观规律。实验结果表明:身高和平均速度测量结果的相对误差分别不超过0.84%和3.72%,证明本系统的精确性和鲁棒性较好。     

Using concentric circles and wedge grating for camera calibration

This paper presents a method for camera calibration based on the orthogonal vanishing point calibration using concentric circles grating and wedge grating. This method, which we believe is new, uses the high-precision characteristics of phase extraction to obtain the feature points, thus decreasing the calibration errors caused by the traditional marker extraction errors of gray pattern. According to the simulation experiment analysis results, the concentric circles grating was designed with seven periods and the wedge grating was designed with four periods. In the real measuring experiment, the grating target and the similar gray concentric circles target were used to calibrate the camera, respectively. Through comparing the reprojective errors of the two methods, the method proposed is proven to improve the calibration accuracy and robustness for the vanishing point calibration algorithm.     

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。     

用三线法标定车载摄像机的外部参数

根据摄像机透视投影原理,三条互不重合的平行线在图像平面上具有相同的消失点和不同的斜率。按照针孔成像模型,经过数学推导可以建立摄像机的外部参数与消失点和成像斜率之间的解析表达式,无需经过迭代和优化计算。实现过程只需要地面上有三条平行线,然后通过手工或自动的方式确定出这三条直线成像的交点和斜率,就可以标定出摄像机的外部参数。实验表明,该方法可以在不同环境下进行车载摄像机标定,方位角和俯仰角的标定误差小于百分之一弧度。     

一种基于三消隐点的摄像机自标定算法

提出了一种对摄像机进行自标定的方法.该方法是利用自然场景中三组两两正交的平行线所获得的消隐点之间具备的约束条件来实现标定的,并能够对获取的消隐点进行优化校正.利用该方法开展了实验研究,并与采用传统标定方法得到的结果进行了比较,结果表明本文所提出的算法具有较好的应用前景.     

基于车道线斜率的车道偏离检测

针对结构化道路上运动车辆的车道偏离检测问题,采用单目视觉作为感知手段,分别从针孔模型下摄像机成像的空间几何关系和图像中车道线消失点的位置特点两个方面出发,推导出车辆直行情况下车道偏离率与两侧车道线斜率比之间的简单函数关系,该函数与摄像机内外参数无关。同时完成了在摄像机不同方向角下的车道偏离率测量试验,结果表明由于行车方向瞬时变化引起的摄像机方向角微小改变对车道偏离检测的影响可以忽略。道路现场试验结果表明,上述视觉测量方法得到的车道偏离率与手工实测结果相比,其相对误差小于5%。基于车道线斜率的单目视觉检测方法避开了繁琐的摄像机参数标定过程,达到了较高的车道偏离检测精度。     

基于相位测量的摄像机标定方法

提出一种新的摄像机标定方法,该方法基于2D共面参照物摄像机标定方法和相移技术.首先由摄像机记录已知相位分布的平面,通过相移计算出相位分布.对任意标定平面,两个正交相位分布与平面坐标的对应关系已知,由此可以建立像素坐标与2D平面坐标的一一对应关系.将该已知相位分布的平面在空间中放置不同的位置,分别完成上述测量,即可根据2D共面参照物摄像机标定方法完成摄像机的高精度标定.该方法避开了复杂的标定特征点提取,大大增加了2D标定数据量,提高了标定精度.实验和计算机模拟表明,该方法简单、可靠和精度高.     

基于辅助摄像机的机器人延伸手眼标定方法

针对机器人手臂上装载的工件等对象与摄像机之间空间关系的标定问题,本文在传统机器人手眼标定的基础上提出了机器人延伸手眼标定的概念,将机器人手眼关系拓展为延伸手眼关系.该方法通过引入辅助摄像机,利用平面标定靶标以及由机器人延伸手上的矩形特征衍生出的大量标定特征点,实现了机器人延伸手眼标定.实验结果表明,该算法可有效的解决机器人延伸手眼标定问题,标定精度取决于机器人延伸手的几何尺寸精度和获得特征点的精度,文中实验结果的RMS为0.113mm.