三维激光扫描测体积技术及其应用进展

三维激光扫描技术因具有准确性强、检测效率高、无损等优势而被应用于各行各业的物体体积测量。本文概括了利用三维激光扫描技术获取物体轮廓表面信息的几种光学原理;综述了三维激光扫描测体积系统中点云数据获取、点云数据预处理、三维重建与体积计算的研究进展;对三维激光扫描测体积技术在各类行业中的应用现状进行总结分析;最终展望了三维激光扫描技术在不规则体体积测量上面临的挑战和未来的发展趋势。     

改进ASIFT算法在无标记点三维点云拼接的应用

目前国内基于结构光投影的三维测量方法需要在测量前给待测物体表面粘贴标记点以进行特征提取。针对辅助手段粘贴的点不仅耗时耗力,且有些诸如文物古玩等待测物体不能够黏贴标记点的问题,本文提出一种改进的ASIFT算法,用于无标记点的待测物表面固有特征点提取、匹配和剔除。实验表明:该方法在避免对被测量对象粘贴标记点的前提下,基本能实现三维点云的拼接。     

基于双线投影与线面约束的3D扫描测量系统研究

将双目传感器和线结构光有机地结合到一起,设计了一套能够对大尺寸被测物进行无导轨三维扫描的测量系统。通过标定实现双目传感器与结构光传感器坐标系的统一。提出了一种双线投影模型,实现了双目标记点的立体匹配和标记点传感器坐标的测量。设计了基于线面约束的结构光测量模型,实现了物体表面光条三维信息的获取。采用空间几何相对不变性原则实现标记点传感器坐标和世界坐标的全局匹配,进而确定在测量位置处传感器坐标系与世界坐标系的转换关系。最终将传感器实时扫描测量的物体表面的三维点云数据转换到世界坐标系下,实现对被测物三维的扫描测量,工作距离下扫描测量精度优于0.08 mm。     

基于液晶编码的三维视觉测量

研究了基于液晶(LCD)编码技术的三维(3D)曲面测量方案。该方案利用LCD投射规则点到被测3D曲面，经过粗—细匹配技术获得高精度空间匹配点，由高精度标定的CCD给出空间匹配点的3D坐标，从而完成曲面测量。该方案测量速度快，测量精度优于0．2mm。系统结构简单，实现了完全自动化测量。     

基于颜色编码的大型物体表面三维测量

如何获得蕴含了深度信息的深度图像是发展机器视觉的关键。因为结构光空间编码方法只需要一幅图像就可以获得被测物体上可测点的三维信息,具有分辨率高、速度快和易于实现的优点而成为研究热点。一种颜色编码方案被用于大型物体表面的三维测量。这种编码方案以红、绿、蓝三原色以及它们的补色黄、品、青6种颜色作为基本颜色,按着任意相邻的3个条纹颜色排列顺序是唯一的方式组合,构成了颜色编码图案,并由投影仪投射到被测物体上。通过对摄像机拍摄的图像进行解码,获得物体的三维坐标。利用被测物体上的标志特征点,对物体进行分块测量。结合边缘检测及圆心检测确定分割线,对图像进行分割、拼接,实现了对大型物体表面的三维测量。     

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...     

极线和级次双约束的光栅投影测量方法

利用结构光辅助立体视觉技术在三维测量领域可以很好地解决被测物特征稀疏的问题,从而实现对物体几何尺寸的高精度测量。提出了利用极线和条纹级次双约束的方式,通过双目相机中的极线约束原理和多频外差法得到的光栅条纹级次进行混合约束,降低了立体匹配的待匹配区域。立体匹配过程中设计了一种带权值的窗口模板,利用相位信息配合模板匹配的方式确定初始匹配点,并通过初始匹配点与附近点的相位差值利用二次曲线拟合方法实现亚像素级匹配。实验表明:该方法在较小视场测量中应用良好,对直径10 mm大小的球体可以实现快速、准确的测量。     

基于人工神经网的激光三维扫描技术研究

在激光三维测量技术中 ,用摄像机对物体和物体在平面反射镜中的虚像成像 ,用人工神经网技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射 ,无须测定摄像机和激光平面之间的相对位置关系 ,自动修正镜头的几何畸变 ,由单视点序列影像就可获得被测物体表面的三维坐标。结论 :盲区小、方法简单 ,变换关系清晰 ,能获得高质量的测量结果。     

一种正弦光栅的设计与性能分析

在通过相位获取物体三维轮廓的光学三维测量技术中,需要向被测物体表面投射正弦光栅,为提高光栅投影正弦图样的明暗对比度,引入电子工程中的脉冲宽度调制方法设计正弦光栅。首先从理论上分析了高频三角波调制正弦波设计正弦光栅的可行性,描述了三维轮廓测量中光强分布函数,给出生成正弦光栅的具体例子;最后,分析了该光栅的频谱特性。     

结构光三维成像技术

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用,通常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面,利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像,再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。与全息三维成像对应,结构光三维成像过程也是两步成像过程,先获取物体被结构光条纹调制的二维图像,再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维数字像。主要回顾了本课题组在基于结构光三维成像技术研究中的进展,讨论了基于傅里叶条纹分析、相移条纹分析和动态过程三维成像的方法,给出了相关应用的实验结果,分析了结构光三维成像的特点以及该领域今后的发展动向。     

小视场集成成像三维信息获取技术研究

为了满足利用非接触式方法获取小 视场三维信息的要求, 研究了一种基于集成成像技术获取小视场三维信息的系统,并在借鉴传统微透镜阵列(MLA) 及相机阵列工作模式的基 础上,通过利用精密二维平移台,巧妙地将相机阵列应用于获取小视场三维信息中。系 统工作时,首先将相机 获取的图像合成元素图像阵列,并运用相应的算法实现三维重建与测量。实验结果表明,本 文系统获取了相对清晰、没有相互串扰的元素图像阵列,实现了完整且细节丰富的三维 图像再现;可以 获取待测物体上任意一点的三维坐标,并且三维测量误差保持在0.3 mm 以内。实验结果相对理想,为集成成像技术应用于高精密测量提供了理论基础。     

远距离运动目标三维测量中图像匹配的研究

采用两个摄像机光轴平行的双目立体视觉测量系统,检测远距离运动物体的三维物体轮廓.阐述了该三维轮廓测量系统中的两个关键技术:提取出合适的图像特征;建立特征间的对应关系.将同一空间物理点在不同图像中的映象点对应起来,由此得到相应的视差图像,实现立体匹配,恢复出物体的三维轮廓.仿真实验结果表明,该三维轮廓测量方法容易实现、对硬件要求不高、精度较高和具有较高稳定性,能够满足远距离运动物体姿态和速度测量的要求.     

Three‐dimensional radiation pattern measurement strategy for ground station antennas

This article describes how to measure a three‐dimensional antenna radiation pattern and the most effective method to achieve this. We present a new automated three‐dimensional measurement scheme, inspired by the seed pattern of a sunflower seed head, where the seed placements are arranged in a way so that rotational symmetry is obtained to compromise the circular shape of a dish antenna radiation pattern in the three‐dimensional space. This new AU–TUM Antenna Radiation Measurement Strategy has produced superior results. It has been shown by this scheme that for instance the three‐dimensional transmission pattern of a dish antenna can be measured automatically and easily checked against present regulations. The generic AU–TUM Antenna Radiation Measurement Strategy was verified on a 4.8‐m Ka‐band dish antenna. It was concluded that a three‐dimensional radiation pattern can be measured two to thirteen times faster than the best performing current strategies. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

High Speed Laser 3D Measurement System

Using the method of line structure light produced by a laser diode, three dimensional profile measurement is deeply researched. A hardware circuit developed is used to get the center position of light section for the improvement of the measurement speed. A double CCD compensation technology is used to improve the measurement precision. An easy and effective calibration method of the least squares to fit the parameter of system structure is used to get the relative coordinate relationship of objects and images of light section in the directions of height and axis. Sensor scanning segment by segment and layer by layer makes the measurement range expand greatly.     

基于反向条纹投影的动态物体形变测量

本文提出一种应用反向条纹投影技术对动态三维物体进行形变测量的方法。该方法应用反向条纹投影原理,首先根据绝对相位测量法计算出反向条纹,然后投影反向条纹图到动态形变物体表面,并用高帧频摄像机跟踪记录物体表面反向条纹的动态变化过程,成像面上的反向条纹只在待测物体有形变的区域发生弯曲变形,没有形变的部分则仍然保持直条纹,显明地记录了形变物体的变形,处理时经过傅里叶变换、频谱滤波、傅里叶逆变换等就可以得到形变物体的面形变化。可以只处理物体产生形变的部分,滤波过程也就变得比较简单。对振动过程中的薄膜形变进行了测量和分析,证实了该方法的有效性。     

具有较大测量范围的激光线扫描三维测量机

文章就线结构光三维轮廓测量方法及其实用化做了深入的分析和研究。研制的光刀 中心位置获取电路,提高了测量速度;采用双CCD 补偿算法来提高系统的测量精度;用最小二乘拟合结构参数的方法来标定光刀在高度方向和轴向的物象相对坐标关系,解决了测量中的标定问题;对物体的分段与分层测量极大地扩展了测量范围。实验结果表明,所开发的线扫描测量机具有较大的测量范围,较高的精度和测量速度,具有很高的实用价值     

基于计算机图像法测量物体位移及应变

研究基于计算机图像法运用激光测量物体位移及应变的方法。两个正交的图像记录系统,在试件产生位移后,记录试件被多束光所照射形成的图像。图像输入计算机,利用记录光路系统的几何参数,计算得试件上诸光点所产生的位移或应变大小。由误差修正理论,给出各位移的不确定度。实验结果证明测量方法是正确的。     

空中三维电场探测系统

目前存在的空中电场探测方法,主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场探测系统,系统由传感器、发射机、接收机以及地面信号处理单元组成,传感器采用新型的三维电场传感器,其探测到的三维电场信号是由发射机发射,接收机接收到信号后,送到信号处理部分进行分解,识别出的电场三维信号矢量。该系统进行了外场探空试验,成功地获得了可靠的空中三维电场探测数据,完成了从地面至15km高空之间的电场的三维探测。     

基于数码相机的三维物体空间几何位置的摄影测量

利用数码相机作为图像传感器识别待测工件各特征点位置,避免了接触式测量方法难以精确瞄准的困难.通过一台数码相机从不同方向拍摄的两幅或两幅以上二维图像,实现实际空间坐标和数码相机像平面坐标的透视变换,并实时完成对三维物体非接触测量的数据采集.同时,提出了一种高效、准确、简单的特征点坐标提取方法,实验证明该方法是有效、可行的.     

基于多准直光的六自由度测量方法

提出了一种利用三个CCD探测三路准直光束位置以实现被测物六自由度测量的方法.测量系统包括两部分:一个反射镜和通过连接杆连接的两个CCD为移动部分,固接在被测物上;固定部分的光源、光开关和三个光学准直器产生三路准直光束.其中两路分别投射到两个CCD上,第三路经移动部分的反射镜反射回并由第三个CCD探测.被测物发生六自由度变化时,移动部分同步变化,三个CCD探测的光斑位置也随之变化,通过特定算法可解算出被测物六自由度运动.构建了一个可以表征六自由度测量特性的四自由度测量系统.测量结果表明:在相应测量范围内,与双频激光干涉仪或光电自准直仪测量值相比,系统偏摆角最大差值为1.27,滚转角最大偏差为1.03,两个平动位移最大偏差均小于1 m.