从栅线投影中自动提取物体表面三维形状信息的计算机处理方法

规则的一组栅线在物体表面的投影将发生畸变,这畸变的栅线投影图象中包含着被测物体表面深度的信息。结合计算机图象处理技术,本文提出了运用于该测量原理中的系统自我标定方法,使测量系统自动适应不同的量程、精度及不同的测量环境的三维形状自动测量。文中论述了该测量方法的计算机图象处理过程,给出了测量实例,并提出了进一步设想。     

微电子机械系统中转速测量的光学方法

利用显微测量技术和CCD图像传感器的线性积分成像特性,将数字图像处理技术与时间积分成像技术用于微电子机械系统(MEMS)中的转速测量。只需分别摄取被测物体上的标志点在静止状态下的时间积分图像和运动状态下的时间积分图像,即可测得物体在该段曝光时间内的转速。该方法对实验设备及实验条件要求较宽松。实验表明该方法对微系统中近似匀速转动时转速的测量是完全可行的,且具有较高的精度。     

一种单相机测量三维运动轨迹的方法

论文提出了一种基于交汇式双目视觉模型的单个CCD相机三维立体测量方法.在CCD相机前放置两面成一定夹角的平面镜,通过一次拍摄,得到两幅存在视差的图像,该图像相当于相机在平面镜中两个虚拟相机对目标从不同角度拍摄所得到图像,根据双目视觉原理可实现三维立体测量.详细介绍了实验系统的布置方法,建立了三维坐标计算的数学模型,对系统的内外参数进行了标定.测量了静态物体的形态和尺寸,验证了系统的可行性与可靠性.并对运动物体进行了动态测量,通过视频记录物体两个虚像的平面运动图像序列,计算还原了物体空间的三维运动轨迹,并应用误差理论对实验误差进行了分析.     

一种基于投影云纹法的三维形貌测量技术及其标定方法

投影云纹法测量物体的三维形貌具有非接触式、快速、全场测量的优势,且计算结果的分辨率和精度都很高。本文提出了一种新的投影云纹系统测量三维形貌的计算和标定方法,这种方法适用于由投影仪直接投影栅线的投影云纹系统,对光路没有特殊相对位置要求,标定过程对设备的要求低,简单易行,仅需一大一小两块平整的标定板即可实现对整个系统的标定。其可行性、正确性以及高精度的特点都被真实物体测量证实。     

用矩形栅自动相移法测量三维物体形状

本文介绍了一种自动测量物体三维形状的新方法。该方法将矩形栅投影于三维物体表面，利用图像处理系统自动产生云纹和自动实现云纹相移，实现了三维物体形成恢复。本文通过实验验证了该方法的正确性下处理精度。方法容易实现，能较好消除多种系统误差，抗干扰能力强，精度和自动化程度高。     

同时测量U、V场的云纹干涉系统

本文介绍了两种可以同时测量物体变形U、V场的云纹干涉系统.并利用该系统成功地完成了有塑性变形高分子材料的泊松比测量实验.     

基于时域位相分析的云纹法形貌测量技术研究

采用影像云纹法和时域相位分析技术研究了物体形貌测量的新方法.通过研制高精度旋转平台,利用栅线旋转的方式使栅线的空间频率以一定的规律变化,使物体的离面高度与该点的灰度变化率有关.在利用FFT确定灰度变化频率时,采用补零的方法提高了频率的确定精度,从而有效地提高了物面形貌测量的精度.实验发现:当补零倍数达到原始长度的128倍时,使用空间频率为5 l/mm的栅线精度可以达到0.02mm.本文讨论了该方法相关技术参数的选取方法,给出了标定实验和利用该测量系统实际测量门齿生长发育沟的实例,阐述了牙齿表面形貌数字化在牙科修复手术中的意义.通过具体标定过程与应用实例,证明了本文提出的测量方法提高了测量精度,简化了测量过程,在云纹干涉形貌测量领域有了新的突破.     

大视场双目投影条纹方法中的相机参数标定与优化研究

投影条纹法具有高精度、高分辨的特点,且实验设备简单,对实验环境要求低,适宜于不同尺度的三维形貌测量。双目投影条纹法通常采用有标准参照物的相机标定方法获取相机参数,以实现物体表面三维形貌重建。然而,在大型结构的三维形貌测量中参照物的相对尺度较小,传统的基于重投影的相机标定方法在特征检测中引入的误差会被放大,从而影响三维表面形貌测量的稳定性和准确性。本文结合双目投影条纹成像原理,提出了一种适用于大面积形貌测量的投影条纹系统标定方法。该方法利用投影条纹控制点以及对极几何约束对张氏标定法结果进行优化,从而可以在大视场标定中保持较高的精度。实验表明,在标定板与测量物大小相当时,本文提出的标定方法与传统标定方法的测量结果基本一致;当标定板远小于待测物时,本文方法的测量精度和稳定性明显优于传统方法。     

多相机3D-DIC及其在高温变形测量中的应用

将基于双目视觉的三维数字图像相关方法 (Three-dimension digital image correlation,3D-DIC)与多相机同步采集系统相结合,形成基于多相机的3D-DIC系统。依据三维空间误差(Three-dimensional residual,3Dresidual)最小原则,确定各点对应的最佳双目视觉系统,获得物体全场三维变形。以四相机3D-DIC系统为例,与测量精度达10~20nm的电子散斑干涉测量系统同时对平板的离面位移进行测量,并对测量得到的离面位移最大值进行了对比分析。结果显示,荷载较小时,四相机3D-DIC与电子散斑干涉测量系统误差稍大,最大达到2.7%;荷载增大,物体变形增大时,两种测量系统结果基本相同。文中讨论了四相机测量系统的不稳定对实验结果的影响。利用该四相机3D-DIC系统对镍合金不锈钢材料在高温场中的变形进行测量,获得了物体的三维变形场,并分析了材料的膨胀系数,得到了试件的热应变-温度曲线和膨胀系数随温度变化的关系式。     

回转体三维扫描形貌测量及其应用

本文提出一种测量三维形貌的扫描系统,该系统可被用于测量回转体的三维形貌。激光光刀被投射在被测物体表面,由于被测物体表面的形貌而改变了光刀的弯曲方式,摄像机将变形后的图像采集到计算机中。当被测物体放置在转台上旋转一周时,相应的一系列光刀变形的图片被采集到计算机中,这一系列图片包含了物体表面形貌的全部信息。通过连续扫描采集系列图片并计算,最终可以获得整个被测物体的三维形貌。当被测物体直径在一百毫米左右尺寸范围内的测量灵敏度可到0.01mm,其它尺寸范围要更换成像系统,才能达到相应的灵敏度。本文给出了两个较为复杂模型的三维形貌测量结果。该结果表明,本系统在对回转体表面形貌的测量方面具有一定的技术难度和广泛的工程需求,本文的研究具有重要的参考价值。     

折射式激光多普勒测速系统

为了测量透明物体横向运动时的位移速度,提出了一套基于激光外差干涉技术的折射式激光多普勒测速系统,并对该系统所采用的多普勒效应测速方法进行了研究。首先,通过外差干涉系统使测量光与参考光发生干涉,利用信号探测系统探测它们合光束光强变化波形。然后,使用信号分析软件分析此波形,得到合光束的拍频,即测量光与参考光的频率之差。最终,利用此拍频值进行理论计算,求出垂直于探测光方向匀速运动时三棱镜样品的位移速度,并分析了整个系统的测量误差。实验结果表明,对20μm/s、80μm/s、140μm/s、200μm/s等给定的位移速度,该系统的速度测量误差不超过1.5%。测量结果具有良好的可重复性,证实了该系统的有效性与可靠性。实验系统原理简单,输出信号信噪比较高,测量精度高,具有广泛的适用性。     

刚性路面热胀屈曲的实验分析

本文用实验方法研究了刚性路面热胀屈曲的力学机制与临界铺设温差。针对有机玻璃和水泥混凝土两种路面模型,本文分别采用两种方法测量临界压力。作者提出了一种新的测量物体离面转角的方法——载波干涉法,这为拓广图象光载波工作作了有益的尝试。     

数字标记点识别方法及其在材料性能测试中的应用

基于相关理论，提出了一种非接触性测量面内位移的数字标记点识别方法。该方法能应用于物体变形前后标记点的识别。相对于其它光学测量方法而言，该技术实验过程简单，能够应用于小变形、大变形等不同的变形范围。本文还将这一方法应用于高分子薄膜材料的时间特性实验测试，结果表明，此方法可有效用于柔度较大材料的变形测量。     

一种基于视觉的道路宽度测量方法

自动驾驶技术的研究中,为了快速检测到道路并测量出道路的宽度,提出了一种基于视觉的道路宽度测量方法。首先提出了一种改进的Deeplabv3+语义分割算法,在原算法流程中引入了基于空间域的注意机制,提高了道路边缘分割的精度。其次,提出了一种结合直方图均衡化和加权最小二乘滤波的半全局立体匹配算法,显著提高了图像中物体边缘细节的匹配精度。基于所提出的方法搭建了道路宽度测量系统,该系统搭载在自动驾驶车辆上完成了对全域图像中道路的分割和宽度测量。实验结果表明,所提出算法的道路宽度测量误差不超过真实值的5.0%。     

影像云纹技术在量测物体大范围内全场曲面中的应用

本文提出一种适用于物体大范围内曲面形状测量与分析的影像云纹测量及数据处理方法，测量及数据处理系统简单、经济、适用     

偏振相移干涉栅投影技术及其应用

本文提出偏振相移干涉栅投影技术并成功地用于三维物面形状和大变形物体的位移测量，得到较为满意的实验结果。     

测量物体三维位移的像全息散斑夹片法

本文对N.Abramson提出的夹片方法作了进一步改进。提出了测量物体表面三维变形的双参考光像全息散斑夹片新方法。该法能消除物体由于刚体位移而产生的不良影响。并能有效地消除参考光对测量散斑干涉时出现的严重噪音。文中通过对悬臂梁和玻璃钢三点弯断裂试件的测量及分析,证明了提出的方法是可行的。     

用于物体表面形貌和变形测量的三维数字图像相关方法

使用单个摄像机的二维数字图像相关方法通常仅局限于平面物体的面内变形测量,而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限,可对平面和曲面物体表面的三维形貌和载荷作用下的三维变形进行测量。本文介绍了三维数字图像相关方法的基本原理及其关键技术,并用两个典型的实验验证了该方法的有效性。     

散斑图像相关数字技术原理及应用

研究图像处理技术在散斑测量中的应用，提出了一种散斑图像相关数字技术，该方法引进了亚像素技术，采用重心算法计算特征斑的重心，避免了数字散斑相关法计算相关系数的繁复过程；应用位移和应变的有关公式，可以获得物体变形实验曲线，实验结果表明，该方法在工程实际现场、振动过程以及变形测量的自动化等方面有着广泛的应用潜力，从而为光测力学拓展应用领域、实现自动化测量展现了新的前景。     

偏振相移干涉棚投影技术及其应用

本文提出偏振相移干涉栅投影技术并成功地用于三维物面形状和大变形物体的位移测量，得到较为满意的实验结果。