一种基于SFS方法的含高光表面三维重构系统

针对含高光表面三维形状重构的需求,设计了一种基于从明暗恢复形状(SFS)方法的三维重构系统。在正交投影条件下由CCD相机获取点光源照射下的物体表面图像,使用Ward反射模型描述含高光表面的反射特性,建立物体表面图像辐照度方程。系统软件将该方程转化为包含物体高度信息的H-J偏微分方程,并计算此偏微分方程的解,得到物体的高度函数,进而恢复出物体的表面形状。实验表明,该系统可以有效地重构含高光表面的三维形状。     

铝合金脉冲GTAW焊熔池表面反射模型研究

熟练焊工能够通过观察熔池表面的凸凹信息获取熔池的成形,在机器人智能化焊接过程中,采用视觉传感方式模拟焊工视觉获取熔池的形状信息。图像的灰度值决定于光源特性、物体表面形状、反射特性和摄像机特性。熔池图像隐含熔池的形状信息,为了从图像中提取熔池的形状信息,分析了铝合金脉冲GTAW焊的熔池表面反射特性,熔池表面由漫反射表面、镜面反射表面和互反射表面组成,建立了熔池表面反射模型。     

非Lambert表面从明暗恢复形状技术的研究进展

传统的从明暗恢复形状(Shape from Shading,SFS)技术通常假定物体表面为Lambert表面,然而对于实际的物体表面来说,上述简化造成了重构结果误差较大.近年来,许多学者开始关注于非Lambert表面下的SFS技术的研究.结合作者自身的研究,从成像过程建模、图像辐照度方程的建立及求解数值算法出发,介绍了非Lambert表面从明暗恢复形状技术的研究进展.首先,简要介绍了非Lambert表面下典型的SFS技术;其次,以OrenNayer模型为例详细说明了非Lambert表面SFS方法的关键技术;最后,对非Lambert表面SFS技术的发展趋势进行了探讨.     

基于计算机视觉的端铣表面粗糙度检测

明暗恢复形状（Shape From Shading,简称SFS）是计算机视觉中一个重要的研究课题,该算法应用于工件表面微观形貌重建,为快速检测表面质量奠定了基础。以计算机显微视觉为检测手段,采用明暗恢复形状方法,重建端铣加工表面微观形貌,进而检测表面粗糙度。根据微观金属表面反射特性,采用基于Cook-Torrance光照模型的明暗恢复形状算法,完成了端铣加工表面图像三维形貌重构与表面粗糙度参数检测。试验结果表明,该方法可以快速实现加工表面粗糙度参数的准确检测,为加工过程中粗糙度的在线检测提供了新的思路和方法。     

基于Snake模型的特定人脸三维重建方法

以双目立体视觉为基础,构建一种特定人脸重建系统,提出基于Snake模型的特定人脸三维重建方法,利用已标定的摄像机拍摄立体图像对,采用肤色检测得到人脸区域。在对立体图像对进行摄像机畸变校正、立体图像对的外极线对齐、人脸区域选择及归一化等预处理后,采用金字塔结构相关匹配算法,在误匹配点数与精度两者之间达到较好的平衡。针对人脸提出能量最小化方程,考虑顺序匹配约束、连续性约束、曲线上各点曲率的估计和相关性约束条件,大大提高视差提取的正确率,解决了立体视觉中立体匹配的难点,成功地恢复出人脸的三维数据,实现特定人脸的重建。试验结果表明：基于Snake模型的视差抽取,并经过光顺处理和纹理映射后,除了脸部部分边缘存在一些变形外,主体部分的重建效果真实感强。该算法不需要结构光等设备,基本不需要人工干预,就能恢复出特定人脸的三维数据,效果好,实用性强。     

基于三维形貌重建的镗加工表面粗糙度检测

以计算机显微视觉为检测手段,采用明暗恢复形状方法重建加工表面微观形貌,进而检测加工表面粗糙度.根据微观金属表面反射特性,采用基于Torrance-Sparrow光照模型的明暗恢复形状算法,完成了镗加工表面图像三维形貌重构与表面粗糙度参数检测.     

一种非朗伯表面SFS的快速粘性解算法

针对传统的非朗伯表面明暗恢复形状(SFS)算法存在运行时间长、精度不高的问题,提出了一种粘性意义下的明暗恢复形状快速算法。首先,非朗伯物体表面采用Oren-Nayar模型描述其表面反射属性,摄像机镜头使用适合于实际成像过程的透视投影模式,同时假设光源置于镜头像方主点附近,建立了上述情况下的图像辐照度方程,此方程蕴含着非朗伯表面的高度信息。其次,将辐照度方程转化为Hamilton-Jacobi(H-J)类偏微分方程,运用Legendre变换和最优控制理论得到H-J方程对应的Hamilton函数的控制形式。接着,建立了Hamilton函数的逼近算法,使用非线性规划原理构建Hamilton函数最优问题的等价约束问题,利用得到的最优控制并通过Newton法最终得到了H-J方程的粘性解,该粘性解即是非朗伯物体表面的高度。实验结果表明,提出的算法与典型的基于Lax-Friedrichs方法的算法相比,所需要的运行时间大幅度减少,重构的物体表面的高度平均误差与均方根误差也有较大幅度降低。     

显微三维表面重构

介绍了显微立体视觉系统中微观物体表面的三维重构技术,详细论述了显微立体视觉系统的组成,以及从图像获取、显微图像处理、特征提取、立体匹配、摄像机标定、深度确定到最终曲面插值的三维表面重建过程.着重讨论了基于显微图像的特征提取和立体匹配方法,另外在系统论述基于显微立体视觉系统的微观物体表面三维重构的一般方法和步骤的基础上,针对现有方法的不足,指出了改进的方向.     

多摄像机线结构光的钢轨表面三维缺陷检测

为实现钢轨表面缺陷的实时全方位检测,提出基于多摄像机线结构光的三维检测方法。首先,通过标定线结构光和摄像机平面之间的位置参数,获取该摄像机视角下的钢轨表面线结构光的三维形状变化。其次,标定多个摄像机之间旋转平移参数,将多个视角下的三维点云进行拼接形成完整钢轨三维模型。同时,设计了钢轨三维检测的硬件装置,通过硬件编码器获取传送带运动的距离,形成钢轨在长度方向上的全貌三维形状。针对存在缺陷的钢轨样品进行了三维轮廓测量,实验结果表明,该方法的在钢轨深度方向上的精度能达较高精度,符合钢轨表面缺陷检测的要求。     

基于多幅图像的逆向造型方法初步研究

提出了一种由多幅图像初步恢复三维物体形状的方法。在共线光源（光源位于或接近摄像机的光轴上,并且照射方向平行于光轴）照射下,对置于旋转平台上的物体摄像;综合考虑所摄图像序列中包含的几何轮廓信息与光亮度信息,采用立体相交技术和剥离技术,逐步求精地得到三维物体的八叉树表示。这种初步的造型结果可作为其他更精确方法的基础。     

Virtual reflected-light microscopy

Research on better methods to digitally represent microscopic specimens has increased over recent decades. Opaque specimens, such as microfossils and metallurgic specimens, are often viewed using reflected light microscopy. Existing 3D surface estimation techniques for reflected light microscopy do not model reflectance, restricting the representation to only one illumination condition and making them an imperfect recreation of the experience of using an actual microscope. This paper introduces a virtual reflected-light microscopy (VRLM) system that estimates both shape and reflectance from a set of specimen images. When coupled with anaglyph creation, the system can depict both depth information and illumination cues under any desired lighting configuration. Digital representations are compact and easily viewed in an online setting. A prototype used to construct VRLM representations is comprised only of a microscope, a digital camera, a motorized stage and software. Such a system automatically acquires VRLM representations of large batches of specimens. VRLM representations are then disseminated in an interactive online environment, which allows users to change the virtual light source direction and type. Experiments demonstrate high quality VRLM representations of 500 microfossils.     

基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统

为了提高现代化生产中的效率和满足三维扫描的需求,设计了一种能够准确提取物件表面三维轮廓信息的扫描系统。系统采用结构光三维成像方法,先通过普通白光将光栅投影到被测物体表面,利用工业相机采集变形光栅图,再根据变形光栅图像中的灰度值变化,用傅里叶变换轮廓法解调出三维坐标信息。实验结果表明,使用傅里叶变换轮廓法重构可获得效果理想的三维点云,其为三维轮廓扫描提供了实验方法,同时也为提高点云精度提供参考。     

Light intensity analysis of a passive visual sensing system in GTAW

In manual welding, an experienced welder acquires 80% of the welding process information by vision. Visual sensing has the advantage of supplying abundant information without contact with the workpiece or welding circuit. Visual sensors have been widely used in the field of welding. According to optical imaging principles, the object imaging process depends on the shape, size, position, and angle of the light source; the shape of the object; the reflectance characteristic of the object’s surface; and the position, angle, and inner parameters of the camera. In order better to utilize the image information of a visual sensor and to ascertain the weld shape and size, arc light intensity is calculated from the arc length and the welding current. The visual sensing system is analyzed from the point of the view of light intensity. The function of adjusting the system to the light intensity is formulated in this paper. A relationship between the gray image, arc length, and welding current can be obtained. Welding experiments were implemented. Thus, we can recover the shape and height of the weld pool by SFS (shape from shading) algorithms from the weld pool image.     

轮对在线检测中基于异面特征点的摄像机标定

基于光截图像的轮对在线检测中,摄像机的标定技术直接影响轮对参数的检测精度。针对轮对在线检测环境,设计了一套摄像机标定系统。在该系统中,设计特制的平面标定板,将其竖直固定于轨道面不同位置,通过异面特征点实现了摄像机的标定。并利用摄像机标定软件实现了标定板图像采集,图像处理,特征点计算机图像坐标提取和摄像机内外部参数计算。实验结果表明,该标定系统的摄像机标定精度在0.1mm以内,可应用在轮对在线检测中。     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。