基于深度学习的逆向反射模型

为提高光度立体视觉技术处理各向同性非朗伯反射的能力，提出一种基于深度学习的逆向反射模型，通过提取与方位角差相关的图像特征，弥补共位光源逆向反射模型的理论不足，实现表面法向量高精度估计。该模型由三阶段子网络组成，分别是方位角差子网络、逆向反射模型子网络与法向量估计子网络，其中：第一阶段子网络与第二阶段子网络共同实现像素值到法向量以及入射光线方向点积的高精度映射；第三阶段子网络充分利用前两个子网络提取的特征，实现表面法向量高精度估计。仿真实验表明，所提方法对100种典型各向同性非朗伯反射均具有较好的处理能力；基于标准数据集的真实实验证明，所提方法能够取得平均5.90°的法向量估计精度，充分证明所提方法的有效性。     

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     

多视点立体显示系统建模及分析

建立了平行式摄像机阵列实拍立体显示系统的数学模型。根据光学成像原理和计算机视觉双目视差原理,通过一个4×4齐次矩阵描述了真实物体到虚拟物体的映射关系。该实拍模型可精确地调节拍摄和显示的参数,能有效地控制立体深度感,减小立体失真。利用该模型,定量分析了拍摄和显示参数对虚拟立体图像观看质量的影响。分析和计算结果表明,该模型具有很高的立体深度调节灵敏度,能通过调节拍摄和显示的参数,把形变系数控制在1左右,避免了纸板效应。通过理论和仿真证明了这一模型具有很好的实拍效果。     

多视高分辨率纹理图像与双目三维点云的映射方法

针对双目立体视觉重建点云模型与高分辨率纹理图像的融合问题,本文提出了一种新的纹理映射方法。在双目立体视觉系统上增设长焦纹理相机拍摄高分辨率纹理图像,利用高分辨率纹理图像与双目图像的二维特征匹配,以双目图像为桥梁,得到纹理图像与三维点云模型的匹配关系,进而实现高分辨率纹理图像到三维点云模型的映射。同时,针对映射过程中多视纹理图像重叠部分的数据冗余,提出一种引导线点云数据分区方法,有效解决了多视纹理图像重叠部分的映射问题。通过实验验证,所提方法能够方便准确地实现多视纹理图像与双目三维点云模型的纹理映射。在本文实验条件下,三维模型的纹理可分辨原始线宽为0.157 mm的线对,与双目系统直接产生的三维模型相比,其纹理分辨率提高了1倍,验证了所提出的多视高分辨率纹理映射方法的有效性。     

金属表面特性对差动式视觉测量的影响实验

介绍了一种全面的金属表面反射模型,从理论上论证差动式视觉测量的可行性。在平行光照明下,测量不同级别粗糙度比较样块在入射面内的反射亮度,在大量数据的基础上总结分布规律,以寻求事实依据。搭建视觉测量系统,采集金属工件的明、暗域图像,并对图像差分融合,进行实验验证。结果表明,工件表面的缺陷信息得到了大幅增强,杂乱的背景信息被有效抑制。基于金属表面反射特性提出的差动式视觉测量系统,在提高图像对比度和增强边缘方面显示了其优越性。     

基于偏振信息的强反射工件高光去除及视觉测量方法

搭建了一种基于反向传播神经网络与高斯分布函数的图像高光去除模型。该模型可以优化图像的特征提取及特征匹配。以高反射率金属工件表面作为实验对象,进行了边缘特征提取及视觉测量精度分析,实验结果表明,所提方法可实现0.75 mm的视觉测量精度,一定程度上验证了所提方法的可行性。     

基于HALCON的双目立体视觉工件尺寸测量

为了实现对大批量生产工件尺寸的精密测量，该文基于双目立体视觉视差原理，设计了一种工件尺寸实时测量系统；系统通过两个工业数字摄像头实时采集工件不同角度的两幅图像，并基于机器视觉软件HALCON的HDevelop开发环境，对两幅图像进行相关预处理，获取感兴趣区域。提出一种基于canny的亚像素边缘检测、边缘细化、基于atukey权重函数的最小二乘法边缘拟合及边缘均匀取点算法获取精确的边缘特征点，并通过双目系统标定、极线约束与NCC相结合的立体匹配、世界坐标转换、几何计算相结合的非接触式双目视觉方法进行尺寸测量。通过大量实验证明，该方法可有效地获取工件特征点的三维坐标值，不借助外部测量仪器实现工件关键尺寸的高精度实时检测，检测精度达±0.2mm以上，简单快捷，具有较好的准确性和实时性。     

彩色图像着色

讨论了彩色图像着色的数值计算方法,即根据场景中物体表面的反射光谱能量分布来计算视觉响应的三刺激值.首先用线性模型来逼近物体表面的反射光谱连续函数,然后用高斯积分法、黎曼求和法进行了数值计算,最后把计算出来的三刺激值转化为色品坐标,在色品图上与CCD相机拍摄的图像进行了匹配     

单相机立体视觉测量技术的研究

基于双目视觉理论,提出一种摆动式单目立体视觉测量方法,并搭建了相应测量系统。建立了精度分析模型,确定了系统各部分的视场范围,相机在摆动臂的带动下可以完成两个不同位置的拍摄。通过2D平面靶标定法对系统进行标定,采用Canny算子和Hough算子相结合的方式完成轮廓检测,并得到待测工件的匹配点图像。利用最小二乘法进行曲线拟合求取长方体的轮廓交点坐标及空间圆最优化拟合法求取圆的直径,实现对实验样品的三维测量,结果显示该系统相对检测精度达0.6%。     

基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器研究

在传统双目立体视觉传感器的基础上,对基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器进行了研究。在电荷耦合器件(CCD)摄像机前放置一平面反射镜,通过对目标物体和其虚像进行拍摄,得到一幅具有视差的图像,该图像相当于摄像机和其在平面镜中的虚拟摄像机从不同角度对目标物体进行拍摄,具有双目立体视觉的功能。建立了单摄像机立体视觉传感器数学模型,分析了参数对单摄像机立体视觉传感器的视场范围和测量精度的影响,设计了传感器参数尺寸,进行了相关实验验证。实验结果表明,该测量方案方便有效,结构简单,调节方便,尤其适合近距离高精度测量。     

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。     

光笔式双摄像机三维坐标视觉测量系统

基于双目立体视觉的系统模型,设计了一种新型的光笔,提出了基于该光笔的匹配算法。由于光笔在测量时可以出现任何姿态,必须对两摄像机像面上所成图像中的8个发光点进行匹配,才能代入摄像机模型计算出8个发光点在左摄像机坐标系下的三维坐标,通过建立8个共面发光点所在的平面坐标系与左摄像机坐标系的线性关系求得测头中心的三维坐标。实验结果表明,系统在5 m范围内的空间长度测量精度达到0.159 mm,基本满足大尺寸工件的现场检测需求。     

单叶片偏振BRDF建模及参数反演

利用长春光机所研制的多角度观测装置测量了玉米嫩叶、玉米成熟叶和一品红叶表面的二向偏振反射率分布,发现叶片表面反射具有明显的非朗伯性。通过借鉴Cook-Torrance光照模型的形式,将不同偏振态的菲涅尔因子耦合到模型中,推导得到用于叶片表面偏振的二向性反射分布函数模型(pBRDF-polari-metric bidirectional reflectance distribution function)。将建立的pBRDF模型与实测数据拟合,利用遗传算法进行参数反演,获得叶片漫反射率、等效折射率和表面粗糙度。通过实测值和模拟值的比较,发现该pBRDF模型可以用于叶片表面方向偏振反射特性的模拟。同时,该模型还有助于对植物叶片生理生态特性的定量分析。     

基于多模态数据协同的弱纹理表面高精度点云配准算法

为解决大型构件表面弱纹理特征的捕捉和多次测量的精度配准问题,采用集成结构光与光度立体视觉的复合测量系统,利用结构光测量获取工件表面整体形状的点云数据,利用光度立体视觉获取表面精细弱纹理的法向量信息。在此基础上,提出了一种融合邻域点云坐标与法向量信息的新型局部特征描述子,可对弱纹理工件表面特征进行有效且鲁棒地描述。大量仿真和真实实验验证了所提方法的有效性,其性能大幅超越了基于传统特征描述子的迭代最近点算法。所提方法可有效捕捉并描述弱纹理表面的丰富细节特征,构建鲁棒显著的特征描述子,进而大幅提升了测量结果的匹配精度,减小了大型复杂构件的整体重建误差。     

微型相机模组贴装过程画胶表面三维测量方法

微型相机模组画胶工艺的三维测量是确保其贴装质量的关键.针对微型相机模组贴装过程的画胶表面三维测量需求,基于单目视觉成像模型提出了画胶表面的三维测量方法.首先,基于单目视觉系统的成像机理建立其成像模型,进而揭示该成像模型中各参数对图像灰度值的影响规律.其次,分析单幅画胶图像的三维信息特征,建立待测画胶表面高度信息的映射模...     

冷冲压阀片表面压痕精确检测方法

亮光构件表面缺陷引起的微小形状突变能够通过反射条纹的畸变凸显,因此反射条纹技术可应用于反光物体的表面质量检测。提出了一种基于反射条纹图像的冷冲压阀片表面压痕机器视觉检测方法,通过该方法提取阀片的条纹图像信息,并进行缺陷特征的自动识别。采用滤波去噪和多尺度Retinex算法等系列预处理方法提高图像质量,通过条纹中心线、子窗口像素和及投影向量等特征参量的选择降低计算的复杂度,增加计算系统的稳健性。实验结果表明:基于反射条纹图像的阀片表面压痕检测方法具有高精度、高效率等特点,实现了阀片表面细微压痕的有效识别,识别精度可达0.1mm,检测效率(单张检测目标耗时2s)可以满足阀片生产线的实际在线检测需求。     

基于视觉显著性的立体显示图像深度调整

基于双目视差的立体显示系统中,不恰当的图像景深分布是引起视疲劳的主要原因,因此提出一种新颖的立体深度调整方法以提高立体显示观看视觉舒适度。该方法以原始立体图像作为输入,应用图像谱残差提取的方法获得立体图像的视觉显著性,结合特定的观看条件建立视疲劳指标模型,获取特定图像在特定观看条件下的最佳零视差平面(ZDP)。根据最佳ZDP对原始输入左右视图进行视差调整,从而获得视疲劳指标最小的立体图像。为了进一步验证该方法对立体显示视觉舒适度的提升效果,设计并完成了相应的视觉感知实验。实验结果表明,该方法显著提高了立体显示观看舒适度。     

基于立体舒适度的立体图像感知距离估计

提出了一种基于立体舒适度的双目图像感知距离估计方法.首先,推导双目立体图像的立体深度;然后进行主观实验获取实际人眼感知到的深度,分析其与立体深度间的差异;最后,将立体舒适度作为生理因素,建立感知距离、立体深度与视觉舒适度之间的关联关系,并得出感知距离的计算模型.在IVY公共数据集上进行实验验证,结果表明:当视觉舒适度值较高时,模型预测值的平均绝对值误差与均方根误差较主观评测值分别减少了0.0049、0.0073;而当视觉舒适度值较低时,平均绝对值误差与均方根误差分别减少了0.0721、0.0594.本模型结果更接近人类主观感知到的深度.     

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.