基于球扩展光源模型的物体三维形状的恢复

计算机视觉中传统的物体三维形状恢复方法大都基于光源是无穷远点光源的假设，如由单幅图像恢复三维形状（ｓｈａｐｅｆｒｏｍｓｈａｄｉｎｇ）光度立体视觉（ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｓｔｅｒｅｏ）方法等。实际环境中的光源往往不能满足这个假设，因此大大限制了这些方法的应用，本文提出了一种更加实用的球扩光源模型，并推导出此光源下反射物体表面的反射图，此模型在三维坐标系中描述了球光源位置，亮度，漫反射物体表面反射度与     

单幅彩色条纹投影的不连续物体表面三维形貌测量

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图,由液晶投影仪投影到被测物体表面,彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离,同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图,通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体,利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景,从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。     

由光影明暗度获得物体表面形状的快速算法

由Netwon Raphson迭代方法,提出了一种新的由光影明暗度恢复物体表面形状的快速算法此算法的思路为先将表面梯度(p,q)离散近似,然后再对深度Z(x,y)基础上的反射函数实施线性化,从而大大降低了传统算法的复杂性,提高了速度,同时又保持了所恢复的物体表面形状的准确性实验证明此算法是有效的.     

利用曲面逼近进行三维形状恢复

通过对表面形状的平滑性约束，给出了一个关于表面深度和图像亮度的能量函数。并通过对预先给曲面进行调速使得这个能量函数达到极小值，来逼近实际的表面，从而恢复表面形状。这一方法同时利用了图像的局部和全局阴影，避免了只利用局部或全局阴影所带来的误差。通过对合成图像以及实际图像进行的实验，证明该方法是行之有效的。     

MIG焊接熔池表面形状与熔滴热焓量分布的数学模型

综合考虑熔滴与熔池相互作用的物理过程,建立了描述熔池表面变形的数学模型和熔滴热焓量在熔池内部的分布模型.应用数值模拟技术分析了焊接工艺参数对熔池表面形状、熔滴热焓量分布区域、焊缝成形的相互影响规律,并进行了焊接工艺试验.     

台阶状面形的投影栅线法测量技术

采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时，当物体是台阶状物体时，物体表面的光栅条纹有阴影，导致后面的叠相还原过程无法进行。为了解决这一问题，将被测物体放在精密的旋转平台上。通过2次成像后，对2幅图像进行图像拼接，得到清晰的被光栅调制的物体图像。在图像拼接时，引入区域黑白对比度概念，区域的黑白对比度最大位置就是黑白区域的分界线。从而精确确定中间块2个边界的位置,然后进行图像拼接。最后采用双频光栅的傅里叶变换轮廓术来实现物体的三维形貌重建。结果表明：本方法简单、精度高，可以成功解决投影时具有阴影物体的三维形貌重建问题。     

反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

干涉多光谱卫星图像序列编码

星载干涉多光谱图像序列通过图像匹配实行定位形成光谱序列,相邻图像之间具有很强的相关性,与一般图像序列不同的是,相邻图像之间具有明显的平移特点。为了充分利用这一特点实现有效的图像压缩,同时减少编码系统复杂度,提出了一种新的图像序列编码方法,通过小波域系数匹配算法检测出相邻图像之间的相对位移量,然后对差值图像进行类似于单幅图像的编码,从而提高了总体编码效率。本算法具有与相同单幅图像编码算法相当的低复杂度特点,只需要对单幅图像与模板的差值进行基于小波变换的编码,从而避免了基于三维小波变换的编码算法对系统存储量要求大以及编码延时大的缺陷。仿真结果表明,本算法比基于三维小波变换的编码算法效果更好。     

光栅投影图像测量物体三维外形

使用投影光栅技术 ,由 Computer TV Camera得到待测物体表面和一参考平面的变形投影条纹图像 ,通过比较投影光强和在两幅图像的分布位置对应关系 ,非接触测量物体表面三维外形 ,给出了测量原理和石膏头像脸部表面三维外形测量结果 ,分辨率为 0 .0 6 mm     

一种基于偏振解析的三维表面重建方法

提出用解析反射光偏振图像来重建透明物体表面形状的原理及实现方法。从物体表面反射的光具有一定的偏振特性,偏振特性的不同反映了物体的形状和反射特性的不同,这两者之间存在一种必然的联系。通过分析物体表面反射光的偏振分布,可以得到物体的表面形状。依据菲涅耳反射公式,推导出偏振度与物体表面法线间的函数关系,据此构建相应算法,对由CCD照相机拍得的被测物体的偏振灰度图像进行处理,重建出被测物体的表面形状。实验结果证明提出的方法是实用且有效的。     

基于视觉心理学的SFS流形算法研究

通过视觉方法获取形状在科学研究及工程实践中有着重要作用,灰度图像是最容易获取的视觉信息之一。目前由灰度重构的形状(SFS,shape from shading)受到了广泛的关注,但现有的算法稳定性差、效率低,一直阻碍着SFS方法的推广应用。受近期的视觉心理学研究成果的启发,针对SFS问题,从局部分析入手,即:在图像上,在每一灰度极值点附近,根据灰度单调变化的情况,形成一个椭圆形邻域,对应着表面凹凸区;在每一椭圆域上,形状可用抛物面逼近,其参数可由局部辐射度约束求解;整个图像被椭圆形邻域覆盖,这些覆盖可构成一个二维流形;借助于流形上单位分解函数,各局部抛物面粘合在一起,形成光滑的整体形状;总体形状在整幅图像的灰度约束下再进行全局优化,可得到最终的重构结果。给出了初步算例,算法的稳定性和效率均有大幅度提高。     

基于IR-SFS算法空间目标红外影像3D重建

在利用单幅影像的明暗恢复形状（Shape From Shading,SFS）三维重构算法的基础上,提出同时考虑外界辐射源和目标自身红外辐射的IR-SFS（infrared-SFS）算法。首先通过分析SFS算法原理和空间目标的红外成像特性,建立IR-SFS辐射方程并进行了仿真研究,然后利用温度场估计获得红外差值图,在人工合成的理想半球体、半圆柱体卫星红外影像上进行算法测试,并以美国STS107真实红外影像作为实验目标进行三维重建。实验结果表明,所提出IR-SFS算法经过参数优化后,与原SFS算法相比,重建模型的峰值信噪比更高,对STS107顶部舱门、尾翼、机舱、机舱内方形部件具有更佳显示度,整体效果得到明显改善。     

基于单幅测量图像的三维缺陷检测技术

为了对缺陷进行更加全面的判断,设计了一种新型三维缺陷检测方法,只需要根据单幅实时测量的工件图像,就可获得0°~180°范围内工件形貌的三维数据,进而对缺陷的平面及深度尺寸进行全面判断。其核心技术是根据单幅测量图像中留下的三维线索—灰度信息,进行亮度分析和转换,利用倾角和偏角计算物体深度信息。在工业现场磁性材料缺陷检测中,该方法在X和Y方向的分辨力达到0.1 mm,Z方向的分辨力达到0.007 mm。实验证明所使用的三维缺陷检测方法,工作方式简单,硬件成本低,处理速度快,精度高,适宜在工业现场应用。     

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.     

电弧特性及其对熔池形貌影响的数值模拟

通过电弧模型与熔池模型耦合数值模拟,研究了氩弧和氦弧特性及其对SUS304不锈钢钨极惰性气体保护（TIG）焊熔池形貌的影响.通过比较氩弧和氦弧的温度轮廓线以及阳极表面电流密度和热流密度分布发现,氦弧的径向距离比氩弧收缩明显,导致更多热量传递给阳极.模拟了氩弧和氦弧下浮力、电磁力、表面张力和气体剪切力分别对熔池形貌的影响.结果表明：不论是在氩弧还是在氦弧下熔池中表面张力是影响熔池形貌的最主要驱动力.在氩弧下,影响熔池形貌的另一个重要的驱动力是气体剪切力,而氦弧下则是电磁力.由于电磁力引起的内对流运动增加了熔深,从而导致相同氧含量时氦弧下的熔深和焊缝深宽比要高于氩弧下的熔深和焊缝深宽比.随着氧含量的增加,氩弧和氦弧下的焊缝深宽比均先增加而后保持不变.焊缝深宽比的模拟结果与实验结果符合较好. 关键词： 氩弧 氦弧 电弧特性 熔池形貌     

A keyhole volumetric model for weld pool analysis in Nd:YAG pulsed laser welding

This study presents a new model for analyzing the temperature distribution and weld pool shape in Nd:YAG pulsed laser welding. In the proposed approach, a surface flux heat transfer model is applied in the low laser energy intensity region of the weld, while a keyhole heat transfer model based on a volumetric heat source is applied in the high laser energy intensity region of the weld. The correlation between the intensity of the laser input energy and the geometric parameters of the volumetric heat source is derived experimentally. A series of MARC finite element simulations based on the proposed single pulse model are performed to investigate the shape and size of the weld pool given different laser energy intensities. A good agreement is observed between the simulation results and the experimental results obtained under equivalent single pulse welding conditions. Thus, the basic validity of the proposed model is confirmed.     

Analysis and synthesis of multicolored objects in a single image

We present a method with which to recover the intrinsic shading and reflectance characteristics of multicolored three-dimensional objects in a single image, with which realistic new scenes can be synthesized. A color watershed algorithm, which is based on a regularized dichromatic fitting error, is proposed for robust image segmentation. For shading recovery in small regions, a weighted interpolation is employed, whereas in large regions the reflectance and shading are calculated based on the assumption of gradual shape variation. It is demonstrated that the proposed method is promising and can be applied in image simulation.