基于计算机视觉的非朗伯表面三维重构

基于计算机视觉的三维重构方法已经广泛应用在各行各业中。目前的三维重构研究主要针对不透明的朗伯表面,且已经比较成熟,但对非朗伯表面仍然面临诸多问题。而实际场景中的物体表面大多是非朗伯表面,因而,随着实际应用的推广,非朗伯表面的三维重构问题在计算机视觉领域越来越受到关注。虽然本现状研究不能完全涵盖针对非朗伯表面三维重构的所有方法,但它包涵了三维重构每个步骤中的各种典型方法。文中按照图像获取过程中的照明方式和重构原理对现有方法进行了分类,并逐类进行了介绍。由于不存在公共测试网络平台和带有标准视差的非朗伯表面立体图像集,因而,很难对各种算法的计算效率和匹配质量进行比较,文中主要对非朗伯表面的现有三维重构方法的原理、特点、适用范围和最新研究方向进行了介绍,对非朗伯表面三维重构的现有问题和发展前景进行了讨论。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

基于双目立体视觉三维重构原理，采用主动扫描实现特征匹配的三维灰度重构技术，通过特征结构光扫描物体表面，由经过预标定的两套成像传感器拍摄其图像，经过图像处理程序提取出特征点，完成特征匹配，再计算出物体表面三维轮廓，同时将成像传感器中的灰度信息映射到相应的特征点，从而实现特征点的三维信息和颜色信息的重构和匹配。该技术为三维彩色逼真场景的重构奠定了基础。     

基于白光数字莫尔的三维数字成像系统

提出一种基于数字莫尔的三维光学数字成像系统,此系统采用了非相干光投影和空间相移算法以及混合模板相位复原技术来重构连续位相分布图。给出一种光学几何灵敏度的确定方法并由此区得空间自由表面的三维数字图像。文中还给出由该光学数字化系统得以的真实人体面部的三维数字图像的实验结果。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

为了非接触、无损、快速地获取物体表面丰富直观的三维信息，即在进行物体三维几何信息重构的同时，还要恢复出物体表面的色彩纹理信息，以利于对物体空间信息的再现和分析，研究了基于机器视觉的三维灰度重构技术。     

基于分层光学扫描的三维数字化测量技术

采用切削分层光扫描测量与计算机数据信息合成相结合的方法，有效地解决了具有复杂内外腔结构零件的三维数字化测量。该方法比传统三维测量速度快、自动化程度高，能同时准确测量零件内外腔表面，零件边缘测量误差可控制在CCD两个像素内。利用获取的铝合金精密小箱体三维数据，在计算机上重构了零件的三维模型，并用RP技术制造出了零件物理原形。     

于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法

设备表面的缺陷检测对于保证安全生产避免经济损失具有重要意义。针对基于设备表面散乱三维点云缺陷检测和三维重构算法复杂的问题,提出了一种基于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法。对散乱三维点云沿某一轴向进行分层处理,将同一层内的三维点进行移位规则化处理,并对规则化的三维点云进行缺陷检测和三维重构。分别对无缺陷设备表面和凹凸缺陷设备表面进行缺陷检测和三维重构,规则化前后三维数据缺陷计算结果相对误差为1.01%。实验结果表明,将散乱三维点云分层和规则化处理有效降低了缺陷检测和三维重构的复杂度,易于实现。     

面形零件微观表面的三维重构技术

面形零件微观表面的三维重构技术不仅有很高的灵敏度和准确度，而且有较大的测量范围，在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域中均获得了广泛的应用，适用于精度介于AFM和常规CMM之间的精密检测需求。文中针对超光滑零件表面检测的高精度要求，采用基于光学干涉原理和计算机视觉理论的三维重构技术，实现了面形零件微观表面的三维重构。     

基于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法

设备表面的缺陷检测对于保证安全生产避免经济损失具有重要意义。针对基于设备表面散乱三维点云缺陷检测和三维重构算法复杂的问题,提出了一种基于散乱三维点云的缺陷检测和三维重构方法。对散乱三维点云沿某一轴向进行分层处理,将同一层内的三维点进行移位规则化处理,并对规则化的三维点云进行缺陷检测和三维重构。分别对无缺陷设备表面和凹凸缺陷设备表面进行缺陷检测和三维重构,规则化前后三维数据缺陷计算结果相对误差为1.01%。实验结果表明,将散乱三维点云分层和规则化处理有效降低了缺陷检测和三维重构的复杂度,易于实现。     

一种形位不确定回转壳体内壁表面的激光测量与重构方法研究

针对形位不确定回转壳体内表面的测量及重构问题,提出了一种准在线纵截线测量与曲面重构方法.通过粗、精测量相结合的实现过程,首先根据技术文件提取回转壳体的基本信息,并针对内表面存在的不确定性,建立一种模糊调节规则,对回转壳体内表面的形位进行预测,实时调整激光测量的角度与位置,完成测量.搭建激光测试试验平台,开发了模块化的测试平台软件系统.采用所提方法对回转壳体内表面进行测量试验研究,得到待测回转壳体内表面的三维数据,并进一步根据回转曲面二次加工的要求对曲面的重构方法进行分析,重构回转壳体内壁的三维曲面实体模型.试验结果表明,曲面模型的相对误差绝对值平均值小于0.024%.     

微结构形貌的光场显微三维重构分辨率增强技术

扫描式的测量技术是目前微结构表面形貌测量的主流技术,但需要高精度的机械扫描、较长的测量时间。针对其问题,结合光场显微技术和傅里叶叠层显微技术,提出了一种分辨率增强的三维重构技术,通过在常规显微成像系统中加入光学编码元件,使用单次曝光而获得被测工件的光学切片序列,基于傅里叶叠层显微技术实现了对切片图像横向分辨率的增强,克服了光场成像技术中的分辨率损失。实验证明,提出的三维重构技术对于微结构表面加工过程的在线测量具有较好的应用前景。     

360°三维测量系统在逆工程中的应用研究

本文介绍了一种面向逆工程的快速 360°三维测量系统,论述了其原理、结构,并详细讨论了其中的关键技术,包括激光扫描、数据的实时提取与校正、三维曲面拟合、图象渲染等逆工程用于制造前的若干关键技术问题并对其提出了相应的解决方法.本系统与逆工程概念相结合,具有结构简单、实时性好、适用范围广等优点.     

基于倒置结构的直接体积重建

通过多个点状探测器在三维空间中的适当分布的排列,得到了基于倒置结构Ｘ射线锥形束投影的直接体积重建三维成像七锥形束边界重建相结合,针对倒置结构构造的重建算法及其数值仿真表明,新的成像模式相对于传统的锥形束边界重建,在实际存在Ｘ射线投影噪声情形下有明显的优点。     

3D shape reconstruction of parabolic trough collector from gradient data based on slope stitching approach

A method based on slope stitching for measurement of a large off-axis parabolic trough collector is proposed and applied to the surface shape reconstructed from the gradient data acquired by using the reverse Hartmann test.The entire reflector is divided into three sections with overlapping zones along the concentration direction.A mathematical model for the slope stitching algorithm is developed.An improved reconstruction method combining Zernike slope polynomials iterative fitting with the Southwell integration algorithm is utilized to recover the real three-dimensional(3 D) shape of the collector.The efficiency and validity of the improved reconstruction method and the stitching algorithm are experimentally verified.     

基于物体特征有效提取和离散点三维重建的3D扫描系统原型研究

针对3D扫描技术的近期发展情况,以及市场关于被摄物体特征有效提取的迫切需求,通过系统的对照相机和投影仪测量的方法与计算,利用离散点三维重建算法、标准化算法详细分析了,作为3D扫描原型系统的关键技术,并深入的对三维坐标重复演算的过程,进行了实践研究与计算,论证了基于投影光编码技术的3D扫描仪原型系统,在物体特征有效提取和离散点三维重建中完全可以高效应用;同时,使用焦距标准化运算、逆向倾角变形运算、逆向扭曲变形运算三种方法,综合论述了物体特征有效提取和离散点三维重建过程的相关内容,测试了原型系统对真实文物的扫描情况,展开了该原型系统可应用于不同材料,不同种类物体的扫描,并能有效的进行数字化物体特征识别的研究结论。     

In-vivo fluorescence molecular tomography based on optimal small animal surface reconstruction

Accurate small animal surface reconstruction is important for full angle non-contact fluorescence molecular tomography （FMT） systems. In this letter, an optimal surface reconstruction method for FMT is proposed. The proposed method uses a line search method to minimize the mismatch between the reconstructed three- dimensional （3D） surface and the projected object silhouette at different angles. The results show that the mean mismatches of the 3D surfaces generated on three live anesthetized mice are all less than two charge coupled device （CCD） pixels （0.154 mm）. With the accurately reconstructed 3D surface, in-vivo FMT is also performed.     

一种自由曲面光学视觉重构方法研究

通过对物体摄像来提取表面 3D信息正成为一种新兴的反求建模方法。传统的视觉算法是基于特征对应的 ,要求物体表面具有几何特征或色彩纹理 ,不适于无纹理自由曲面的重构。将计算机视觉方法与CAGD技术紧密结合 ,对无纹理自由曲面提出了一种新的视觉重构方法。首先将物体表面分割为N边域曲面片 ,经由边缘线提取、匹配 ,重构出曲面片的边界曲线 ;然后通过反射模型、图像光亮度分析求出曲面片的跨界切矢 ;最后综合上述信息 ,构造出光滑的曲面模型     

三维光学扫描技术逆向工程应用研究

针对三维扫描测量数据因为原始点云在获取时受环境等客观条件限制,存在不可避免的噪声点、飞点、重叠点云等现象,以致存在点云密度大、运算复杂、计算周期长等问题,本文以在逆向工程中具有将三维物体几何信息转换为计算机能直接处理的二维数字信号的功能的三维光学扫描技术为基础,研究了三维扫描技术应用的主要设备、常用软件、使用方法和实体建模商用软件,研究了其原理及数学模型;结合XJTUOM,制定了扫描策略,以某型号汽车皮带轮和减震器托盘为例进行了实践操作,结果表明:该设备能够满足在逆向工程的应用,其扫描精度接近原始数模的相似度为98%。     

Using Laser Measuring and SFM Algorithm for Fast 3D Reconstruction of Objects

Effective measurement of the reflective or transparent surface of an object has always been a disadvantage in laser scanning modeling. We propose a fast and complete three-dimensional (3D) reconstruction method for small static objects using laser scanning and the structure from motion (SFM) algorithm. Meanwhile, a complete reconstruction workflow is designed and a multi-angle 3d reconstruction system is set up. To generate the complete point cloud model of the object, the SFM algorithm is used to reconstruct the surface part of the object, the data for which cannot be obtained by the laser measuring instrument. The experimental results show that this method not only improves the speed, accuracy, integrity, and visual effect of 3D reconstruction of small objects, but also extends the scope of 3D reconstruction of laser measurement.     

基于SfS的3D视觉测量研究

提出了一种将Shape from Silhouette(SfS)技术应用在三坐标机上的新方法,即用摄像机获取图像,用三坐标机作移动平台,构建视觉测量系统,应用SfS技术对物体进行三维测量。该视觉测量系统扩展了坐标机功能,扩大了其应用范围。实验结果表明,该视觉测量系统具有SfS技术和坐标机两者的优点,重构物体三维模型的过程简单快捷,精度高于0.4mm,其结果可作为坐标机智能测量的基础,是一种非常实用的方法。     

Recent advances in 3D SEM surface reconstruction

The scanning electron microscope (SEM), as one of the most commonly used instruments in biology and material sciences, employs electrons instead of light to determine the surface properties of specimens. However, the SEM micrographs still remain 2D images. To effectively measure and visualize the surface attributes, we need to restore the 3D shape model from the SEM images. 3D surface reconstruction is a longstanding topic in microscopy vision as it offers quantitative and visual information for a variety of applications consisting medicine, pharmacology, chemistry, and mechanics. In this paper, we attempt to explain the expanding body of the work in this area, including a discussion of recent techniques and algorithms. With the present work, we also enhance the reliability, accuracy, and speed of 3D SEM surface reconstruction by designing and developing an optimized multi-view framework. We then consider several real-world experiments as well as synthetic data to examine the qualitative and quantitative attributes of our proposed framework. Furthermore, we present a taxonomy of 3D SEM surface reconstruction approaches and address several challenging issues as part of our future work.