一种板型物体混叠场景的快速分割算法

针对多个板型物体混叠摆放的场景,提出了一种快速有效的分割算法。该算法充分利用有序点云的特点,将自顶向下以及自底向上的分割策略结合,根据三维点的空间位置和法向量,利用随机采样一致性(RANSAC)算法从三维点云数据中快速提取平面点集;然后将提取的平面点集所对应的图像坐标映射为二值图像,通过连通区域分析将其分割为多个连通的平面区域;接着利用"胶水"算法对这些区域进行快速合并,并对较大的弱连接连通区域进行断裂修正,得到最终的分割结果。实验结果表明:与区域生长算法相比,所提算法的分割结果更优,且算法效率大幅提升。     

基于光栅投影和点云体积计算的过度包装检测系统

为了实现商品过度包装的无接触检测,设计了一种基于光栅投影的商品过度包装检测系统。首先利用投影仪和两个高分辨率摄像头,实现物体三维点云的获取,再提出物体点云的包围盒获取算法,计算物体的包围盒体积及三维点云体积,最后根据容积率和空隙率,检测商品包装是否过度。实验结果表明,系统能有效基于点云形状生成包围盒,点云体积计算准确度能达到95％,耗时比广泛使用的Poisson方法明显减少。     

一种快速获取物体三维形貌和纹理信息的算法

提出了一种新的快速获取物体三维形貌和纹理信息的方法。利用数字投影仪将2幅彩色编码的正弦相移光栅图投影到被测物体表面,彩色相机捕捉经物体调制后的变形条纹图。提取RGB三基色,可获得包含物体高度信息及纹理信息的条纹图和背景光。对包含物体高度信息的条纹图用改进的2+1相移算法重构物体的三维形貌。物体纹理信息则通过对背景光进行彩色编码获得,利用纹理映射技术恢复物体纹理。计算机模拟和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于改进的局部表面凸性算法三维点云分割

点云分割是点云分类、识别以及三维重建等处理的基础,分割结果对后续应用影响巨大。本文提出利用连通点集改进局部表面凸性算法中邻近点关系的方法,解决目前激光三维成像系统点云分割算法在处理复杂环境散乱点云时存在分割过度及分割不充分的问题,通过主顶点与周围点构成连通集,作为分割判断局部子点集,形成有效分割区域。该方法解决了常用点云分割方法无法对形状不规则物体进行有效分割的问题,提高了分割精度。算法实验结果表明,相比于最小切割算法和区域生长算法,基于连通点集的改进局部表面凸性算法对实际路面环境信息的分割效果更好,并能在一定程度上避免分割过度和分割不充分的情况,证明该方法适用于复杂环境散乱点云数据分割。     

基于ASODVS的全景点云数据获取技术的研究

针对现有三维激光扫描设备不能同时获取空间点云的坐标信息和色彩信息,多视角点云数据配准复杂等问题,采用了一种将全方位视觉传感器ODVS(Omni-directional Vision Sensor)和可移动360°面激光光源相结合的主动式全景视觉传感器ASODVS(Active Stereo Omni-directional Vision Sensor)来获取点云数据。通过人机接口对ASODVS的扫描步长和速度等进行控制,实现了边扫描边获取全景点云数据;对获取点云数据空间信息过程中的关键技术——激光投射点提取算法进行了深入研究;采用了3种不同的全景激光线提取算法对全景切片图像中激光投射点进行提取,并实验研究了各自的优劣;实验结果表明,对于ASODVS而言,帧间差提取算法能有效快速准确的提取三维全景场景中激光投射点,并具有消耗计算机资源少、操作过程自动化、生成数据有序等优点。     

双投影结构光三维测量中重叠相移光栅的分离方法

在结构光的三维测量中,单投影仪单相机的测量结构在测量复杂物体时容易出现遮挡与阴影现象,从而影响了测量数据的完整性;使用双投影单相机的测量结构可扩展成像范围,减小阴影部分的面积,提高测量效率,但从部分重叠的相移光栅中分离出原始投影信号是该方法的难点。在分析传统四步相移法的基础上,提出了一种基于灰度互补关系的重叠相移光栅分离方法,该方法通过调整投影的相移光栅的时间及次序,在不改变原有测量系统结构的基础上有效消除了重叠部分的干扰信号;为了验证该分离方法的有效性,搭建测量系统进行相关实验。结果表明:利用互补关系可以实现重叠相移光栅信号的准确分离,获取完整的点云数据,同时也提高了测量速度。     

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。     

基于彩色光栅投影的快速三维测量方法

 针对条纹投影术提取物体高度信息的问题,提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255,R,B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码,然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量,利用傅里叶变换方法得到其初始相位;同时对采集到图像中的R,B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息,从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量,实验结果表明该算法易于实现,在测量实时性和精确性上表现良好。     

应用神经网络的复杂物体三维测量

将神经网络引入基于结构光投影的复杂物体三维面形测量。在测量过程中,利用神经网络强大的函数逼近能力,得到离散条纹图的连续逼近函数,从中解出物体的相位分布信息,获得物体的三维面形分布。应用神经网络方法,在结构光投影条件下,只需要获取一幅条纹图,便可以完成复杂物体的三维面形测量。该方法相比传统的傅里叶变换轮廓术,不存在滤波操作,不会在测量过程中丢失被测物体的高频分量,具有更高的空间带宽积和灵敏度,能准确测量出复杂物体的细节,更加适用于恢复复杂物体的三维面形。并且该方法在条纹图存在阴影的情况下与傅里叶变换轮廓术相比,能更好地提取出物体的相位信息,恢复物体的三维面形。模拟及实验均验证了该方法的可行性。     

基于改进网格运动统计特征的在线三维测量

为了解决在线三维测量技术中像素匹配耗时长,准确率低等问题,提出了一种基于改进网格运动统计特征的像素匹配算法。该方法只需一帧固定的正弦光栅投影到被测物体上,由摄影系统连续采集五帧物体在相等位移下的变形条纹图,提取出相应的调制度信息,并利用快速旋转不变性特征算法提取图像的特征点匹配对,然后利用改进的网格运动统计特征算法来实现误匹配对的剔除。最后根据在线三维测量中对其精度要求很高的特点,取其出现位移量最多的值以获得一组相移量相等的条纹图,采用等步相移算法重建出在线移动物体的三维形貌。大量实验验证了该方法的可行性和有效性,与传统的在线傅里叶变换轮廓术算法进行对比,所提方法的鲁棒性更高,能够恢复出更高精度的三维面形。     

三维点云物体频谱获取方法

为了简化三维物体计算全息数据和加快计算时间,提出了一种三维点云物体频谱获取方法.在分析频谱获取方法模型的基础上,由不同视角的投影图像(视图)与对应的平面波因子相乘积分的方法得到了三维点云物体频谱;介绍了视图获取算法,使用Matlab并行计算得到了一个三维‘鸟’的视图序列;根据实际物体频谱分布情况,采用高阶高斯概率分布减少视图获取数量;通过视图序列得到三维物体的频谱,采用傅里叶逆变换得到物空间内一个平面的复振幅分布,将其衍射一段距离,编码为菲涅尔全息,并进行了模拟再现和实验验证.模拟再现和实验结果表明:只需要原总视图的17.75%可以获得高质量的再现效果,验证了频谱获取方法的可行性及视图获取简化模型的正确性.所获取的三维物体频谱可以通过一定方式编码成多种全息进行三维显示,拓宽了该频谱获取方法的应用范围.     

基于时域小波变换相位提取的三维形貌测量

提出基于时域小波变换的连续振动物体相位提取方法,恢复连续振动物体的瞬时三维形貌。将小波变换用于序列影栅云纹相位分析中,对连续振动物体的序列影栅图像进行处理,利用小波变换的多分辨力特点,对各点的灰度变化进行连续复小波变换,通过提取小波脊所对应的相位,得到各点相对于基准光栅的完整相位调制信息,从而获取运动物体的瞬时三维形貌。利用该方法对连续振动悬臂梁进行了分析,得到连续振动悬臂梁的瞬时速度及瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。为研究动态物体瞬时特性提供了一种新的方法。     

高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术

为了实现高速旋转工件的在线三维面形检测,提出一种高速旋转物体频闪在线相位测量轮廓术(PMP)三维测量方法。利用圆形正弦光栅替代线形正弦光栅,采用高密度二元编码光栅替代灰度编码光栅,设计专用频闪同步控制单元同时触发投影系统频闪投射相移光栅和图像采集单元同步获取图像,获得物体在同一"冻结"位置下的相移变形条纹后,采用静态PMP相移算法重建物体的三维面形信息。实验结果表明,该方法具备可行性和实用性,可有效避免工件离线检测时多次装夹不一致引入的加工误差,能够提高工件的检测效率和加工效率,可用于其他高速旋转物体的三维面形重建。     

基于双目光栅重建和纹理映射的缺陷三维测量方法

针对工业检测中对表面缺陷的高精度检测和定位需求,提出了一种缺陷特征重建方法。通过在基于双目光栅投影的三维重构系统上附加纹理相机,实现对于重构点云模型的纹理映射,并结合纹理相机图像中提取到的特征区域,完成表面特征的三维重构。针对待测物体需要进行多视角重建的情况,引入精密转台,利用旋转轴标定方法获取不同旋转位置下纹理图像与点云数据的映射关系,并利用基于距离判据的判断方法实现了对遮挡部分点云的剔除。采用四象限临近点搜索和基于距离加权平均的线性插值方法对纹理图像中像素坐标进行三维测量。实验完成了对于图像中标注缺陷轮廓内像素点的重建,实现了对于表面特征的精确尺寸计算和定位,通过对重建的缺陷尺寸和位置进行计算并与影像测量仪测得结果进行对比,可得本文方案对缺陷三维尺寸和位置的测量误差不超过0.2 mm,且能更准确地计算缺陷面积。     

反射光干扰下的格雷码结构光三维测量方法

在使用结构光进行三维重建与测量的过程中,为避免物体表面的反射光产生噪声干扰,导致错误的三维测量结果,提出一种在三维扫描系统中用于防止反射光干扰的投影补偿算法,利用高空间频率投影图案的概念,对场景中被反射光干扰的点进行去噪。再用统计分析算法对点云数据进行去噪、反馈并得到投影图的掩码图案,经过多次投影补偿后得到场景的三维点云数据。通过自行搭建的格雷码结构光三维扫描系统对实物场景进行扫描重建。实验表明该系统对于反射光的干扰具有较好的鲁棒性,且投影数量减少,验证了算法及系统的可行性。     

基于正交光栅投影的快速调制度测量轮廓术

在共轴光学测量系统中,将水平光栅与竖直光栅沿着光轴方向相距一定距离垂直放置,被测物体放置在两个光栅成像面之间.利用同光轴方向放置的CCD采集一帧正交光栅像,进行傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换操作,分别得到对应水平条纹分量和竖直条纹分量的调制度图,通过计算其调制度比,实现对复杂物体的快速三维面形测量.在几何光学近似条件下,给出两个光栅投影像的光强表达式,讨论了水平光栅与竖直光栅间距和投影镜头光圈大小对测量结果的影响.对标准平面和复杂物体三维面形的快速测量结果表明,该方法能快速有效地测量恢复物体的三维信息.     

基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像

基于光栅干涉仪的X射线成像技术可以同时获得样品内部的吸收信息、相位信息和散射信息,既保持了传统X射线衰减成像的优点,又拥有相衬成像和散射成像的优势.然而基于传统CT重建算法的X射线光栅成像需要采集大量完整的原始投影数据,数据采集时间过长从而使得物体接受很大的辐射剂量,难以在实际中应用.提出基于传统代数迭代重建算法的光栅成像技术.该方法利用现有X射线光栅成像系统采集少量原始投影数据,基于传统代数迭代重建算法,对旋转变化的相位数据进行CT重构,同时基于傅里叶变换的方法对微分相位数据进行相位恢复.模拟和实验结果表明,基于少量或不完备的原始投影数据,该方法能够准确重构成像对象的吸收、柑位和散射三维信息,同时还能对微分相位切片进行高信噪比的相位恢复,得到样品折射率实部衰减率,为X射线光栅成像技术在工业、生物和医学诊断等领域的应用提供理论和技术支撑.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于椭圆形光强分布光栅投影的三维面形测量方法

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法,将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面,用摄像机获取变形条纹图,通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.