基于多视图三维重建方法在实验室系统中的应用研究

针对愈渐复杂的实验室系统,采用基于多视图的三维重建方法,实现对实验室系统中设备的结构重建.通过尺度不变特征变换(SIFT)匹配算法进行特征提取和匹配,并利用随机抽样一致性算法(RANSAC)和交叉过滤法降低误匹配率;通过多视图聚簇/基于面片的三维多视角立体视觉算法(CM-VS/PMVS)获取稠密点云;利用PCL泊松曲面...     

基于立体视觉的鞋楦数字化研究

针对鞋楦图像在三维重建中的匹配问题,提出一种改进的鞋楦数字化方法。对鞋楦表面做纹理网格化处理,利用Harris与Laplace算子相结合的方法提取特征点,采用改进的去除误匹配方法进行精匹配,通过双目视觉三角测量法求出匹配点的三维坐标。使用迭代近邻点算法实现不同方向点集的坐标融合和三维拼接,对全部三维点云数据进行三角网格化和曲面拟合,完成鞋楦三维重建。实验结果表明,该方法能便捷、高效地实现鞋楦数字化重建,可满足个性化制鞋需求。     

基于改进SFM的三维重建算法研究

针对现有运动恢复结构算法重建模型存在点云稀疏等问题,提出一种利用不同匹配数据进行模型重建的算法。首先通过对比上下文直方图(CCH)生成匹配数据,利用M估计抽样一致(MSAC)估算图像基础矩阵,进而分解得到平移和旋转矩阵,并根据相机内参计算投影矩阵,然后利用KLT匹配算法更新匹配数据,最后三角化生成三维点云。该算法匹配精度高,图像基础矩阵易于收敛,通过位移实现特征点匹配,弥补了图像低频区域匹配数据不足的缺陷。实验结果表明,与现有算法相比,该算法生成的点云更致密;在真实环境下,该算法可用于物体三维重建。     

基于独立三视图的图像序列三维重建

针对图像序列的高效、稳定三维重建问题,提出一种基于独立三视图的三维重建方法.首先以三视图为重建单元,叠加三视图约束,实现基础矩阵的鲁棒性计算,然后通过三角测量恢复得到三视图对应的三维场景局部三维点云.对于三视图的稳定三维点云刚体结构,通过求解相邻三视图间转换参数,将整个图像序列的三维点云统一到同一空间坐标系,实现完整图像序列的三维点云重建.实验表明,所提出算法计算简单、效率高,并且不产生误差累积,重投影误差在1个像素左右,实现建模所需可靠三维点云数据的快速生成.     

基于稀疏图像序列的雕塑点自动云三维重构方法

为了提高对雕塑点稀疏图像的点云三维重建的分析能力,提出一种基于稀疏图像序列的雕塑点自动云三维重构方法,基于稀疏散乱点三维重建和锐化模板特征匹配方法进行图像三维重建。采用三维角点检测和边缘轮廓特征提取方法,进行雕塑点稀疏图像三维点云特征检测,对检测的雕塑点稀疏图像点云数据进行信息融合处理,采用梯度运算方法进行特征分解,实现对雕塑点稀疏图像的信息增强和融合滤波。结合局部均值降噪方法进行图像的提纯处理,提高雕塑点稀疏图像轮廓重建能力,采用锐化模板特征匹配和块分割技术,实现雕塑点自动云三维重构。仿真结果表明,采用该方法进行雕塑点自动云三维重构的准确性较高,图像匹配能力较好,且重构输出信噪比较高。     

散乱点云数据的高阶平滑隐式曲面重建

针对三维扫描或三维重建获取的散乱点云数据曲面重建问题, 提出基于拉普拉斯规则化的高阶平滑算法。首先, 计算点云数据的包围盒并离散化得到体素空间; 其次, 在体素空间根据隐式曲面的梯度和点云位置、法向信息建立目标函数, 并通过对目标函数的拉普拉斯规则化达到控制重建曲面光顺效果的目的; 再次, 根据最优化原理将重建问题转换为一个稀疏线性方程组求解问题; 最后, 通过步进立方体算法得到重建曲面的三角网格表示。定性和定量的实验结果表明, 该方法重建曲面绘制效果和精确度优于常用的Poisson方法。     

基于先验知识的单视图三维点云重建算法研究

单幅图像的三维重建是一个不适定问题,由于图像与三维模型间存在的表示模式差异,通常存在物体自遮挡、低光照、多类对象等情况,针对目前单幅图像三维模型重建中重建模型具有歧义性的问题,提出了一种基于先验信息指导的多几何角度约束的三维点云模型重建方法。首先,通过预训练三维点云自编码器获得先验知识,并最小化输入图像特征向量与点云特征向量的差异,使得输入图像特征分布逼近点云特征分布;然后,利用可微投影模块将图像的三维点云表示形式从不同视角投影到二维平面;最后,通过最小化投影图与数据集中真实投影图的差异,优化初始重建点云。在ShapeNet和Pix3D数据集上与其他方法的定量定性比较结果表明了该方法的有效性。     

基于RGB-D相机的多视角机械零件三维重建

为了低成本且高效的实现对机械零件的三维重建和参数测量,研究了利用RGB-D相机从6个角度拍摄机械零件,获得零件不同角度的深度图像与彩色图像,通过坐标转换将深度图像转换成点云数据。首先利用滤波算法去除点云噪声,分割出机械零部件的点云数据,并利用PCA主成分分析法计算点云数据的法向量;使用最近点迭代算法（ICP）实现相邻三视角点云数据的配准,得到正背面的点云,将正背面点云进行旋转融合得到最终的目标点云数据;最后使用泊松重建算法得到完整闭合的零件三维模型。实验结果表明本文的三维重建方法具有较好的鲁棒性和准确性,重建得到的三维模型细节清晰,点云误差较小。     

基于相位恢复的三维可视化应用研究

空间曲面的三维数字化测量在工业检测、虚拟现实、影视艺术以及文物保护等领域具有重要的应用价值。提出一种实现自由曲面三维数字化的方法,该方法不仅能重建物体的几何模型,而且能实现物体表面色彩等纹理属性的恢复。利用结构光照明重建空间三维点云数据,并利用匹配算法建立物体的几何模型;然后通过交互式选取点优化策略进行纹理映射的方法实现目标物体的真实感三维重建。与传统的方法相比,该方法能够精确地实现目标物体的纹理重建,避免了特征检测困难或粘贴标准点等方法的数据处理困难以及后期数据的人工等操作,实验结果也验证了该方法的有效性。     

基于Kinect的人体三维重建方法

通过Kinect体感仪,实现人体三维重建.使用Kinect体感仪,扫描获取人体三维数据,利用深度数据转换算法实现二维顶点的三维化,再通过红外相机姿态跟踪算法进行顶点集配准,求解出相机每次的相对位移与转动角度,实现相机姿态跟踪,并将每次拍摄到的点集转换到同一全局坐标系下,使用晶格化显示集成算法将点云集成到提前划分好精度及尺寸的体素晶格中,最后利用投影映射算法获得可视化的人体三维立体模型.使用Kinect体感仪及三脚架等辅助设备方便快捷地获取人体三维重建结果,并通过3D打印技术对模型进行输出.该研究实现了人体三维重建中人体扫描、处理、重建、输出全流程.     

基于曲率法线流的树点云骨架提取方法

针对树木点云拓扑结构复杂、特征细节繁多等问题,提出一种基于点云收缩提取曲线骨架的算法。首先,为了在点云表面直接应用网格收缩算法,对点云进行局部主成分分析和Delaunay三角剖分;其次,针对树木点云拓扑结构复杂和末枝细节繁多等问题,用曲率法线流算子对点云进行收缩,针对树木枝条细长且弯曲幅度平缓等特点,利用改进后的QEM网格简化方法将三角网格折叠成一维曲线骨架;最后,将得到的曲线骨架进行连通和居中处理。该算法直接在点云上进行操作,不需要额外的信息和预处理操作,对噪声和残缺点云有良好的鲁棒性。实验证明,该算法提取的树木点云骨架充分表达了树木在自然环境下的生物性结构和特征,相对于rosa、L1-中轴等经典算法,在树木点云的骨架提取速度上提高3倍以上,枝条重建度提高25%。     

Research on geometric features and point cloud properties for tree skeleton extraction

To solve skeleton extraction problems in the tree point cloud model, branch geometric features and local properties of point cloud are utilized to optimize tree skeleton extraction. First of all, according to the attribute information estimation and normal vector adjustment of point cloud neighbor domain, branch segmentation is made by estimated values and geometric features. Skeleton nodes are extracted in the branch subset in segmentations. Then, a graph is constructed based on skeleton node set and tree skeleton is reconstructed in this weighted directed graph. Finally, according to the tree growth characteristics, cubic Hermite curves are utilized to optimize the skeleton curve. This method is applied in the point cloud model of three-kind trees and it is compared with the skeleton extraction method based on voxel switch and point cloud contraction. The experiment results show that this method displays strong anti-interference and high-precision characteristics at branch bifurcation and crossed ending parts of fine tree branches. Thus, features of tree branches can be described more perfectly, obtaining the skeleton curve closer to the main axis.     

无人机倾斜摄影技术在电力巡线树障检测中的实践应用研究

为解决目前贵州电网电力巡线工作中人工巡检存在精度低、效率慢、智能化水平低等问题,本文结合无人机倾斜摄影技术的工作原理,对输电线路杆塔、通道及周边环境进行无人机航飞、建模,形成电力线通道三维点云,利用自动匹配的导线精确计算出树障距离和位置。即将无人机倾斜摄影技术用于电力线巡检,可在恢复输电线路通道三维点云的基础上实现树障的定量化检测,探索出一种无人机智能电力巡线新方法。本文将从无人机航空摄影方法、地表三维点云重建方法、导线三维重建方法和树线距离量测方法四个方面,重点分析无人机倾斜摄影技术在电力巡线树障巡检作业中的工作原理和流程,并结合一线巡检班组的实验数据,阐述其在实践中的具体应用。     

空地融合的城市道路基础设施数字化技术研究

城市道路基础设施三维模型的重构,在城市道路BIM应用与数字化领域具有重大意义;针对城市交通基础设施数字化重构的需求,对车载激光扫描与无人机倾斜摄影采集技术进行综合运用,提出一套从信息采集、空地点云配准、点云分割到三维重构的完整技术方法;首先使用车载激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术对交通基础设施信息进行采集,并使用运动恢复结构算法(SfM,structure from motion)生成基础设施空地点云;其次使用迭代最近点法(ICP,iterative closest point)对空地点云进行精配准,然后利用基于PointNet网络的方法对融合点云进行语义分割;最后对分割出的交通基础设施对象进行三维重构;提出的空地融合的城市交通基础设施数字化技术能够高效地实现交通基础设施重构,为城市交通基础设施数字化提供基础、为后续交通专业领域的应用研究提供便利.     

大型建筑物数字化及三维建模关键技术分析

随着激光扫描仪硬件水平的不断提高及数据处理方法的不断完善,地面三维激光扫描技术在城市建筑物数字化与三维建模方面的应用越来越广泛。通过对比使用两种不同工作原理的激光扫描仪(相位式和脉冲式)进行大型建筑物数字化及三维建模的试验,详细探讨了试验过程中数据采集、数据处理及三维建模等各个环节的主要问题及关键技术,提出了相应的解决方案及需进一步研究解决的问题。     

基于QT的机载三维激光扫描仪软件系统设计

随着测绘技术的发展,利用机载三维激光扫描仪获取点云数据,从点云数据中提取模型信息成为现代测绘技术的一种发展趋势. 点云数据处理的相关应用也越来越多,点云数据的处理软件参差不齐,需求和功能也各不相同. 针对上述问题,在基于QT编程平台下,利用PCL开发机载三维激光扫描仪点云数据处理软件,集中处理点云数据. 该系统由点云数据读写、三维显示、点云滤波、网格重构、点拾取、点云分割及NARF关键点提取等功能模块组成. 各模块采用面向对象的思想设计,功能易于扩展,以完成进一步的测绘工作. 实践表明,该系统具有良好的工程实用价值,可以快速完成机载三维激光扫描仪的数据处理工作.     

城市建筑物框架轮廓三维自动重构研究

建筑物是城市景观中一个重要组成部分,因此快速自动实现城市建筑物的三维可视化对于建立数码城市具有重大意义。针对传统三维建模人工劳动强度大、自动化程度低和花费高等问题,提出了一套自动化程度较高的基于线、面信息的城市建筑物框架轮廓快速三维重构方法。通过普通数码相机获取影像数据大大降低了实际应用成本,而且采用线面基元进行三维重构相比于经典的点云重构方法不仅提高了效率,而且获得了清晰的三维边缘轮廓。通过实验验证了方法的有效性和可行性。     

基于双目视觉的板材平面测量研究

针对传统人工测量板材尺寸精度较低、工作量大、易导致板材表面受损等局限,基于双目视觉技术设计了一种板材尺寸视觉测量系统;通过双目相机采集棋盘格图像,采用MATLAB进行相机标定和图像校正,拍摄左右图像并通过半全局立体匹配算法(SGM,semi global matching)进行特征点立体匹配,重建出目标三维点云模型;为提高目标特征点坐标获取的准确性,提出基于HARRIS的亚像素检测方法;采用区域生长算法结合膨胀和腐蚀操作提取板材表面轮廓,根据三角测量原理计算出板材轮廓上各点的三维坐标从而实现板材的尺寸测量,并进行点云重建增强三维展示效果;实践结果表明亚像素检测方法在角点提取上存在优势,在实际板材测量应用中实现了高精度尺寸测量,满足了工业测量需求。     

基于机器视觉的枸杞枝条识别方法研究

目标枝条的识别定位是实现枸杞果实自动化采摘的前提,为了实现枸杞的自动采摘,提出了一种新的能实现首端定位的枝条识别方法。首先,通过对枸杞枝条特征进行分析,实现了枝条轮廓和直径等特征的提取。然后,对部分非合理性间断的枝条进行了修复;对于果实将枝条首端完全遮挡的情况,采取最小二乘法拟合实现了枝条识别。最后,提出了质心差值法来获取枝条的首端坐标,从而实现了整条枝条的识别和定位。通过用VC编程进行识别算法的实验验证,实验结果表明该算法能较好地实现对枸杞枝条的识别和定位。