用于机械的线结构光三维轮廓相位测量

现代工业发展要求提供高质量的机械产品,三维轮廓测量方法有助于机械轮廓检测的完整度,但机械三位轮廓相位测量存在测量精度低等问题,基于此,提出用于机械的线结构的光三维轮廓相位测量方法。依据线结构光在三维轮廓相位测量中的工作原理,计算机械三维轮廓表面每点的相位差;将投射在机械三维轮廓表面的变形光栅条纹采用傅里叶变换方法,获取频域滤波的频谱,获得机械三维轮廓相位值;通过灰度图对机械三维轮廓相位发生非正常跳变的区域进行识别,确定机械相位非正常跳变区域。在此基础上,采用密度等值方法优化离散点密度,构建机械轮廓相位对应的尺寸优化模型,实现用于机械的线性光三维轮廓相位测量。实验结果表明:采用所提方法进行机械的三维轮廓相位测量的精度较高,测量的耗时短。     

基于线结构光的三维测量系统关键技术研究

提出了一种基于线激光、工业相机 、步进电机和 计算机的结构光的单目视觉三维扫描测量系统,阐述了其工作原理,建立几何数学模型,搭 建了系统试验平台,并基于灰度平方加权重心法提取光条中心。实验结果表明, 系统测量误差小于±0.03mm,光条中心提取精度达到亚像素级,满 足工业测量应用需求。     

同步扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法

基于三角法的结构光三维测量技术具有较高的精度,但投影光轴和观察光轴之间的夹角在测量过程中可能产生遮挡和阴影,需要通过两次或多次不同方向的测量和拼接解决。与三角测量不同,基于调制度测量的三维面形测量方法采用了垂直测量原理,将投影光轴和观察光轴重合,从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制。对一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法进行了研究,分析了这种类型的结构光扫描条纹的特点,基于这种特点介绍了几种同步扫描的调制度测量轮廓术提取调制度及三维重建算法,比较了几种算法的特点,实验表明采用适当的三维面形重建算法,可以在垂直测量的模式下实现115 mm深度测量范围,对被测面积为120 mm×120 mm检验平面测量,标准差可达0.19 mm。     

基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法

针对数字光处理（DLP）投影仪投影速度低从而限制结构光三维测量速度的问题，采用具有兆赫兹量级切换速度的LED阵列作为投影光源，提出一种基于高速LED阵列的条纹结构光三维测量方法。具体地，使用高速LED阵列投影二值条纹图案，通过对投影系统的镜头进行轻微离焦从而在被测三维物体表面获得正弦条纹，然后结合相移法和多频外差法对物体三维高度进行解算重建。使用所提实验系统在21000 frame/s的投影速度下对旋转速度为3000 r/min的阶梯物体进行三维测量，系统对动态物体的测量速度达到6000 Hz，测量精度达到0.1 mm，实现了对高速运动物体的三维形貌重建，同时展现出高速LED阵列作为投影光源提升三维测量速度至兆赫兹量级的可行性。     

基于相位信息的三维视觉测量技术研究

随着三维视觉技术广泛应用于类镜面测量,对其精度的要求也日益严苛.基于相位信息的三维视觉测量技术,向被测物表面投影条纹光,然后获取经被测物表面调制后的图像,解调出待测物的相位信息,进而重建物体三维信息.通过论述相位测量轮廓术(PMP)和相位测量偏折术(PMD)的原理和检测流程,分析出该检测系统的误差来源.重点论述了4种P...     

条纹投影轮廓术系统模型与标定综述

条纹投影轮廓术能较好地兼顾系统灵活性与测量精度,是光学三维表面成像与测量的主流技术。利用条纹投影轮廓术进行三维成像,首先需要建立合适的系统模型,然后通过系统标定来确定描述模型的系统参数,最后利用标定的系统模型进行三维重建,获得物体的三维表面形貌。由此可见,系统标定与系统模型密不可分,对三维成像的性能有直接影响。根据相位-三维映射和双目立体视觉两类不同的工作原理,对条纹投影轮廓术的系统模型和系统标定方法进行了综述,并简要总结了评估系统精度的方法和依据。     

基于灰度值编码的三维轮廓数据表示方法

近年来,在线三维数字博物馆成为文物保护和资源共享的新兴手段,但是使用三维扫描技术获得的三维轮廓数据体积较大,不便于三维数字博物馆数据的实时加载与显示。针对该问题,提出了一种基于灰度值编码的三维轮廓数据表示方法。在虚拟条纹投影系统的基础上,根据虚拟照相机水平方向分辨率将灰度值编码为8位灰度图像或者8位灰度图像和二值图像,并将其作为投影图像进行投影。使用虚拟照相机对发生形变的投影图像进行拍摄,实现三维轮廓数据的图片表示。实验结果表明,与传统的三维数据格式相比,提出方法所需的数据加载及显示时间减少了98%以上,非常适合基于三维轮廓数据数字博物馆的数据实时加载与显示。     

多场景下结构光三维测量激光中心线提取方法

结构光三维测量技术是获得物体三维信息的重要途径,激光条纹中心线提取是影响结构光三维测量精度和速度的关键因素。提出了一种适用于多场景下结构光三维测量的激光条纹中心线提取方法,充分利用图像中激光条纹的几何信息和相关性生成自适应卷积模板,实现激光条纹图像的滤波和增强处理,使激光条纹横截面灰度值满足高斯分布;经灰度加权法实现激光条纹中心线的亚像素精度定位与提取。实验测试结果表明:该方法可实现多场景下形状、材质各异物体的条纹中心线提取,有效克服了激光条纹亮度分布不均、噪声干扰等影响,单幅图像处理时间缩短为0.107 s且相对误差减少到0.076 5%,有效提高了激光条纹中心线的提取精度和速度。     

复杂光照条件下的高精度三维成像技术

现代工业零部件的加工已经实现了无需二维标注图纸，由计算机辅助设计3D模型直接输入数控系统加工。加工工艺的进步给工件测量和质量评价方法带来了新挑战，通过获取零部件的高精度稠密三维点云的“靠模”质量评价方法得到了重视，特别是对于结构复杂的零部件。然而，高精度复杂结构的零部件三维测量遇到两个难题：1）金属零部件加工后表面光洁度很高，主动投射的条纹光束会引起金属表面的强烈反光致盲或者复杂结构引起的投射光多次反光混叠；2）复合材料的半透明会引起投射光的次表面散射。这些因素都会导致测量失效。现有结构光主动视觉三维重构技术无法解决上述难题。针对复杂型面免喷涂三维重构问题，建立基于单像素成像方法的复杂光照分离模型，实现直接光与复杂光照分离。为了解决单像素成像方法效率低、速度慢、难以满足工业现场测量需求的问题，提出一种基于局部区域延拓的并行单像素成像方法。实验结果表明，并行单像素成像方法能够很好地实现工业测量现场多次反光与次表面散射光干扰条件下的三维重构。     

基于相移条纹分析的实时三维成像技术发展综述

近年来,客观世界和场景三维信息需求量的陡增,促使结构光三维测量技术快速发展.基于条纹投影和相移条纹分析的三维成像技术具有较好的精度和鲁棒性,在众多的技术方法中脱颖而出,被广泛地应用于工业检测、文物数字化、生物医学检测领域.而在人机交互、虚拟现实、在线检测、远程手术等具有时效性要求的应用场景中,实现实时三维测量具有重要意...     

线结构光条纹中心亚像素自适应提取算法

为了解决传统条纹中心提取算法对物体材质及噪声敏感问题,采用自适应结构光条纹中心提取算法来提取条纹亚像素坐标.该算法首先对图像进行预处理,利用图像掩模操作提取条纹图像感兴趣区域,通过自适应卷积模板消除噪声干扰,得到条纹区域截面宽度及条纹中心坐标的像素集合;其次根据中心坐标的像素集合采用二次加权灰度重心法求取条纹中心初始坐...     

焊接机器人实时引导中光条快速提取算法研究

在结构光视觉测量系统中,激光条纹的提取精度和速率直接影响到最终测量结果的精确度。为了解决现有激光条纹提取方法难以同时达到抗干扰能力强、稳定性好和运算量小等问题,采用了一种优化Steger快速提取激光条纹中心的方法,利用梯度阈值分割出有效条纹区域,采用优化的扫描方式,用灰度重心法对条纹中心进行粗提取,然后用Hessian矩阵法对条纹中心进行精提取。对激光条纹提取原理进行了理论分析,并对软硬件设计进行了实验验证,取得了较好的实验数据。结果表明,该方法与传统方法相比,具有提取精度高、提取速率快的优点,这一结果对柔性传感器的高精度和实时性是有帮助的。     

投影结构光空间位置和形状的标定方法研究

提出了结构光三维测量系统中投影结构光的空间位置和形状的多点拟合标定方法.在结构光三维测量系统有效视场范围内,空间靶平面多次改变并覆盖整个有效视场.利用投影矩阵与坐标变换关系,由投影结构光与空间靶平面的相截线来确定结构光在整个有效视场范围内的多个三维数据点,通过多点拟合,完成其空间位置和形状的标定.最后以多光片投影双目视觉三维测量系统中9条结构光的标定实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

结构光条纹中心线的鲁棒提取

结构光条纹中心位置的精确检测是影响结构光系统精度的关键问题之一。提出一种多步骤的鲁棒性提取方法,首先采用自适应阈值法剔除噪声点,然后采用光条膨胀和细化方法,得到初始的中心点,并利用此初始中心点的梯度,得到光条法线方向。最后,在法线方向求取灰度重心,得到光条亚像素中心线。该方法应用在基于线结构光检测原理的隧道轮廓变形监测装置中,实验结果表明,能准确提取光条纹中心。     

反向重投影多线结构光立体视觉测量方法

研究了多线结构光立体视觉测量系统中激光条纹中心点的匹配问题。系统测量过程中,将两幅图像的激光条纹中心点通过重投影相互匹配,计算对应的三维空间点。针对一个激光条纹中心点存在多个匹配点的问题,提出了反向重投影的方法。该方法将匹配点反向重投影到原激光条纹图像,利用光路一致性,筛选出唯一匹配点。另外,分析了在重投影和反向重投影时采用不同大小的匹配窗口对测量结果的影响。实验表明,该方法能够充分利用激光条纹中心点,同时又有较高的唯一匹配率,明显提高了系统的测量效率。     

Vision processing for realtime 3-D data acquisition based on coded structured light

Structured light vision systems have been successfully used for accurate measurement of 3-D surfaces in computer vision. However, their applications are mainly limited to scanning stationary objects so far since tens of images have to be captured for recovering one 3-D scene. This paper presents an idea for real-time acquisition of 3-D surface data by a specially coded vision system. To achieve 3-D measurement for a dynamic scene, the data acquisition must be performed with only a single image. A principle of uniquely color-encoded pattern projection is proposed to design a color matrix for improving the reconstruction efficiency. The matrix is produced by a special code sequence and a number of state transitions. A color projector is controlled by a computer to generate the desired color patterns in the scene. The unique indexing of the light codes is crucial here for color projection since it is essential that each light grid be uniquely identified by incorporating local neighborhoods so that 3-D reconstruction can be performed with only local analysis of a single image. A scheme is presented to describe such a vision processing method for fast 3-D data acquisition. Practical experimental performance is provided to analyze the efficiency of the proposed methods.     

THREE DIMENSIONAL DIGITIZATION OF HUMAN HEAD BY FUSING STRUCTURED LIGHT AND CONTOURS

Three dimensional digitization of human head is desired in many applications.In this paper, an information fusion based scheme is presented to obtain 3-D information of human head, Structured light technology is employed to measure depth.For the special reflection areas, in which the structured light stripe can not be detected directly, the shape of the structured light stripe can be calculated from the corresponding contour.By fusing the information of structured light and the contours, the problem of reflectance influence is solved, and the whole shape of head ,including hair area, can be obtained.Some good results are obtained.