利用CCD图像的灰度梯度实现物体三维测量

图1是利用CCD图像的灰度梯度实现物体三维测量的空间几何关系示意图。测量过程为：由CCD获得的二维灰度图像，通过解灰度约束方程，获得其三维立体距焦像，后再通过几何光学投影的约束，变换到实际三维尺寸。为了从单目图像中求出感观像的深度信息，物体表面的反射模型应是漫反射的朗伯(Lambert)表面，且应选择适当的角度以克服照射盲区。     

利用空间坐标变换的三维测量系统

提出了一种新的三维面形测量合成方法，它可以用于大物体及具有复杂而形物体的多次测量，本文将空间坐标变换理论引入到三维面形测量中，并阐述了基于此物相转换方法及图像合成方法。测量结果表明，本方法可以基本消除传统方法中存在的问题，解决了三维测量中的一个瓶颈问题。     

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     

用条纹图形接接法测量三维大物体面形

三维的同形的在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量的测量却存在着许多困难诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理三维万物体面形的方法；条纹图形拼接法，给出了数学模型，计算机模拟结果和实验结果。     

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。     

利用普通光学显微镜实现对微小物体三维体表参数的测量

基于有较大的焦深的普通光学显微镜及3D成像软件,利用自制的可绕固定轴的升降平台及光纤辐照形态,根据视差原理构建了一个测量小型样品的三维表面参数的测试系统。以外形较复杂的医用牙科钻头为样品,研究了显微镜的放大倍数、用于构建三维图像的两幅相似图像的夹角与样品表面参数测量值之间的关系。通过与样品的标称值对比,实验中所用的毫米量级的样品,在合适的物镜组放大倍数及合适的夹角下,相对误差在5%范围内,表明所建立的测量系统可用于尺寸较小的样品表面参数的测量。     

利用莫尔条纹测量物体三维形貌新方法研究

提出了以计算机控制光栅产生莫尔条纹来测量物体三维形貌的新方法.利用计算机控制空间光调制器（Space Light Modulator,SLM）产生可控制幅度及位相的理想光栅,将平行光波投影到待测物体上,其反射光通过参考光栅形成莫尔条纹,利用CCD接收并进行数字图像处理,恢复出待测物体的三维形貌.对此方法进行了理论分析,推导了变形莫尔条纹与待测物形貌变化的关系式.利用MATLAB对此关系式进行仿真计算,其准确度可达0.011 μm.     

基于一阶及二阶灰度梯度的散斑图质量评价方法

散斑图质量对数字图像相关(DIC)方法的测量精度具有重要的影响。以平均灰度梯度这一传统的散斑图质量评价参数作为基础,提出了一种新的评价参数——平均一阶及二阶灰度梯度商,该参数同时考虑了一阶和二阶灰度梯度。从整体上来说,一阶灰度梯度的曲面比较光滑,而一阶及二阶灰度梯度商的曲面比较粗糙。采用Zhou等人提出的方法制作了80张模拟散斑图,对这些模拟散斑图的传统参数和提出参数进行了计算。结果表明:当散斑半径相同时,随着散斑数量的增加,两种参数均先增加,后减小;当散斑数量一定时,二者均有一个峰值;散斑半径越大,提出参数的峰值越大,而传统参数的峰值越小。对提出参数的峰值所对应的4张散斑图进行了多次连续平动,并使用DIC方法测量了测点的水平位移。结果表明,在提出参数越大的散斑图上测点的水平位移误差越小,在一定程度上验证了提出参数的正确性。     

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。     

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.     

基于单摄像机的三维位移测试方法

基于三维位移测量手段在工程技术领域的必要性和重要性,开展了基于单摄像机和数字图像相关的三维位移测试方法研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用Savitzky-Golay(SG)微分滤波器分离图像位移子区内的常数项与一次项,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了相应的数值模拟实验及悬臂梁端部受载的实验,发展了与三维线性变形对应的散斑图模拟方法,验证了基于二阶位移模式的牛顿-拉夫森迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果均验证了三维位移测试方法用于实现物体三维位移重构的可行性和优越性.     

基于条纹反射的类镜面三维面形测量方法

提出了一种基于条纹反射和相移技术的类镜面三维面形测量的新方法。首先在平板显示器上显示正弦条纹,然后用CCD相机分别记录由待测面和标准面反射的正弦条纹像,通过相移得到各自的相位分布,与标准面相位分布相比较得到待测表面起伏引起的相位变化。推导了相位变化量与待测表面梯度的对应关系,分别对待测面进行水平和垂直两个方向光栅相位测量,通过计算可得到梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。同时初步分析了影响条纹反射技术测量精度的因素。测量中,光栅由计算机产生,可以实现精确的相移,而且可以方便地调节光栅的周期及方向,通过预设标记点来引导相位展开有效地解决待测面和标准面的条纹对应问题。实测了建筑用釉面瓷砖表面起伏,验证了该方法的可行性。     

在电子散斑干涉中利用反相位法进行三维变形测量

提出一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移计算方法。在双光束电子散斑干涉系统中增加一路参考光,使这一路参考光为两光束所共用。两束光各自独立地对变形物体进行测量,分别计算相位分布,并对其中之一进行反相位计算。理论分析表明,对二路检测光所得到的相位进行相减运算,就能够较好地减少电子噪声的影响,分离面内位移场与离面位移,实现物体变形的三维测量。介绍该方法的原理,并利用典型实验证实了该方法的可行性。     

光学CT中的图像重建算法

从理论上研究了利用正向模型求解逆问题的迭代算法，特别是其中Ｊａｃｏｂｉ矩阵的有限元解法，引入了图像恢复了领域广泛采用的规则化方法用于处理逆问题中的奇异性问题；作为总结，最后给出了ＦＥＭ法求解光学ＣＴ问题的完整步骤。     

基于单摄像机的昆虫自由飞行参量三维重构

研究昆虫飞行的三维空间运动参量需要对二维图像进行重构,传统的重构方法是采用两个或者多个相机从不同角度拍摄以获得同时刻不同角度的图像。介绍了一种采用单一相机完成三维重构的方法。通过在单相机镜头前面附加四块两两平行的平面镜组来获得三维信息,该装置可以在同一照片上获得物体两个角度的观察图像,等效于用两个高速摄影仪对昆虫的飞行进行拍摄。分别标定出每个等效摄像机的参量,根据机器视觉原理进行三维重构。实现了用单个相机完成昆虫自由飞行状态的翅膀三维参量重构过程,避免采用多个相机的需要增加复杂同步电路以及引起的高额费用,同事也克服了过去基于单相机的三维重构需要增加某些假设所引起的与真实飞行的差异。     

基于数字图像相关的三维刚体位移测量方法

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体化移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%.     

三维相位展开算法在精密运动测试中的应用

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上,包含了一维时间和二维空间信息,适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型,分析了该算法运动测试的基本原理,讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围,并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明,算法在相位展开中引入时间信息,不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制,还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

基于仿射近似从序列图像重建目标三维结构

从序列图像重建目标三维结构是摄影测量学和计算机视觉的研究热点。针对传统算法中精度与计算量的矛盾,提出一种基于仿射近似的新算法,首先用仿射三线性张量合成序列图像中的缺失图像点,重新建立图像测量矩阵,然后用仿射矩阵分解从图像特征直接获得目标三维结构的初始值,最后用基于“R-T”模式的光束法平差进行优化。仿真数据和真实图像实验表明,新算法精度高、稳定性好,有效解决了传统算法中精度、算法复杂性与结果数值稳定性的矛盾,为序列图像三维解析中的关键技术问题提供了解决方案。算法可广泛应用于航空测绘、工业检测、虚拟现实、动画制作以及军事侦察等领域。