对复杂自由曲面的纹理重建方法（英文）

提出一种基于马尔科夫优化策略复杂自由曲面的纹理重建方法,该方法利用实验室研制的三维数字化设备对目标物体的深度数据和纹理数据进行采集,将局部采集的深度像数据匹配到全局坐标系下,建立物体的几何模型;然后通过坐标变换,把采集的纹理照片映射到重建的几何模型表面,并进行曲面纹理融合处理,实现自由曲面的纹理重建.该方法对物体的形貌没要求,能实现结构复杂的自由曲面的纹理重建,得到高保真质量的真实感模型.采用该算法对几种不同的实物进行数据采集和真实感三维重建,实验结果验证了算法的可靠性和有效性.     

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     

智能手机与微型投影仪结合的人体局部特征三维建模

将三维重建技术应用于医学整形领域,为医生提供可供参考的术前准备数据是辅助医学的有效手段。当前的三维扫描仪成本高、寿命短、结构尺寸大、维护困难,不利于该技术在医学整形领域的普及。提出一种基于智能手机摄影测量的人体局部特征三维成像方法,结合微型投影仪投射散斑图形至待测物体表面,智能手机采集下调制后的散斑图形,与事先准备好的散斑模板图形之间,利用图像局部灰度相关性进行匹配,实现三维模型重建,并通过多视角点云拼接技术恢复完整三维模型。提高了重建的效率和便捷性,以及具有低成本、操作简单的特点。以人体模特局部特征作为待重建表面,实现了弱纹理连续曲面的三维重建。实验结果表明该方法三维曲面重建平均误差为0.43mm、标准差为0.30mm,可满足实际测量的需求。     

高光弱纹理物体表面鲁棒重建方法

为解决高光弱纹理物体表面重建时,存在的孔洞和噪声,及信息缺失等问题,提出了光照补偿结合深度图像的重建方法。结合光照方向和光照强度的参数估计,确定高光区域并均匀光照,再以激光点的变化轨迹修正均值漂移算法的漂移区域,建立改进的均值漂移中心描述子,对深度图像的噪声和孔洞进行判定并修复,实现物体表面重建。结果表明,该方法既可以保持不同种类对象重建完整,避免信息缺失,还可减少外界环境和对象自身特征的负面影响。通过高光弱纹理标准图片和实拍物体重建实验,以及使用均方根误差、峰值信噪比和结构相似性等性能指标进行评价,验证了该方法的鲁棒性和有效性。     

基于Kinect传感器多深度图像融合的物体三维重建

物体的三维重建技术一直是计算机视觉领域研究的热点问题,提出一种利用Kinect传感器获取的深度图像实现多幅深度图像融合完成物体三维重建的方法。在图像空间中对深度图像进行三角化,然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场（hierarchical signed distance field）,对距离场中所有的体素应用整体Delaunay三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包,并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面,完成物体表面重建。实验结果表明,该方法利用Kinect传感器采集的不同方向37幅分辨率为640480的深度图像完成目标物体的三维重建,仅需要48 s,并且得到非常精细的重建效果。     

螺旋锥束计算机断层成像倾斜扇束反投影滤波局部重建算法

螺旋锥束计算机断层成像(CT)作为常用的临床诊断工具,如何尽可能地减少其辐射剂量是热点研究领域之一.局部成像利用准直器减小射线直照区域,能够有效降低CT辐射剂量.然而,局部成像会造成投影数据横向截断,产生局部重建问题.现有螺旋反投影滤波(BPF)算法只能实现局部曲面重建,难以实现局部体区域重建.在圆轨迹扇束BPF算法的基础上,通过加权修正和坐标扩展,提出了螺旋锥束CT倾斜扇束反投影滤波(TFB-BPF)重建算法.该算法把重建区域按层划分,对各层构建倾斜的扇形束几何,并使用经过加权修正的TFB-BPF算法逐层进行重建.该算法最大的优势是滤波线(与原始螺旋锥束BPF算法中PI线等价)在二维平面内选择,算法更加简洁高效,并且能够应用于局部体区域的重建.实验结果表明,算法能够有效重建物体局部体区域,并且重建图像质量较好,没有明显的截断伪影.     

基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法

多视点云拼接技术是物体三维测量过程中的重要环节。现有的无标志点三维点云自动拼接方法在对不同表面进行测量拼接时稳定性较差。针对此问题,提出了一种基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法。该方法建立了一个配准算法选择模型,通过引入配准算法判断因子来综合评价物体表面的几何、纹理复杂程度,从而系统可根据判断因子自适应地选择合适的配准算法,实现基于几何特征配准和基于图像特征配准的有机结合。并在特征点匹配过程中,采用随机抽样一致(RANSAC)算法对误匹配特征点进行剔除。实验结果表明,该方法可实现不同表面的稳定点云拼接。     

基于先验似然的高分辨光场图像深度重建算法研究

针对传统双目以及多目在处理遮挡和弱纹理区域匹配效果差、稳健性低的问题,提出了一种基于极平面图像(EPI)对复杂、精细场景进行深度重建的算法。根据EPI特殊的线性结构,提出一种交叉检测模型,有效地计算出EPI轮廓边缘,并将指数距离度量函数和距离权重系数相结合,得到轮廓边缘的深度。对于内部平坦区域,利用求得的深度作为先验,通过先验似然扩散策略将深度扩散到整个区域。整个算法在局部进行,不但保存了精确的轮廓边缘,同时也保证了无纹理区域深度的平滑性。测试结果表明,该算法在重建速度及质量上均优于原始方法。     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

基于双目光栅重建和纹理映射的缺陷三维测量方法

针对工业检测中对表面缺陷的高精度检测和定位需求,提出了一种缺陷特征重建方法。通过在基于双目光栅投影的三维重构系统上附加纹理相机,实现对于重构点云模型的纹理映射,并结合纹理相机图像中提取到的特征区域,完成表面特征的三维重构。针对待测物体需要进行多视角重建的情况,引入精密转台,利用旋转轴标定方法获取不同旋转位置下纹理图像与点云数据的映射关系,并利用基于距离判据的判断方法实现了对遮挡部分点云的剔除。采用四象限临近点搜索和基于距离加权平均的线性插值方法对纹理图像中像素坐标进行三维测量。实验完成了对于图像中标注缺陷轮廓内像素点的重建,实现了对于表面特征的精确尺寸计算和定位,通过对重建的缺陷尺寸和位置进行计算并与影像测量仪测得结果进行对比,可得本文方案对缺陷三维尺寸和位置的测量误差不超过0.2 mm,且能更准确地计算缺陷面积。     

基于三维激光扫描的物体重构建模

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效的估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

格雷码与六步相移编码融合的三维结构光学测量方法

编码结构光技术是一种获取复杂目标三维结构的典型测量技术,其将编码后的结构光图案投射到待测物体表面进行调制、采集,并通过解码计算三维面形数据,可见编码方法是结构光三维测量技术的核心问题。然而,通用的格雷码编码方法和六步相移编码方法都存在一定缺陷,为此,以获取物体的高精度三维点云数据为目标,提出了一种融合格雷码与六步相移的结构光技术。首先,将格雷码结构光设计为7幅黑白相间的条纹周期图像,并通过投射角度解码操作将图像划分为多个区域;然后,设计六步相移结构光为6幅具有相位差的余弦周期图像,通过相位解包裹操作将每个子区域细分到单个像素单元;最后,融合以上两种编码结构光解码值,计算图像内每个空间点的绝对相位信息。仿真实验与实际测试实验显示,与传统六幅莫尔条纹结构光技术相比,融合结构光技术计算量较小,同时也克服了单独使用格雷码或相移技术所存在的问题,能够以较高精度获取物体目标的三维结构细节,为基于结构光的双目三维扫描系统提供一定理论依据。     

Material damage diagnosis and characterization for turbine rotors using three-dimensional adaptive ultrasonic NDE data reconstruction techniques

Damage diagnosis for turbine rotors plays an essential role in power plant management. Ultrasonic non-destructive examinations (NDEs) have increasingly been utilized as an effective tool to provide comprehensive information for damage diagnosis. This study presents a general methodology of damage diagnosis for turbine rotors using three-dimensional adaptive ultrasonic NDE data reconstruction techniques. Volume reconstruction algorithms and data fusion schemes are proposed to map raw ultrasonic NDE data back to the structural model of the object being examined. The reconstructed volume is used for automatic damage identification and quantification using region-growing algorithms and the method of distance-gain-size. Key reconstruction parameters are discussed and suggested based on industrial experiences. A software tool called AutoNDE Rotor is developed to automate the overall analysis workflow. Effectiveness of the proposed methods and AutoNDE Rotor are explored using realistic ultrasonic NDE data.     

Holographic three-dimensional display synthesized from three-dimensional fourier spectra of real existing objects

A method of synthesizing computer-generated holograms of real existing objects is proposed that is based on a series of projection images of an incoherently illuminated object recorded from different perspectives. In accordance with the principles of computer tomography, the three-dimensional Fourier spectrum of the object is calculated by use of several projection images. A method of calculating a Fresnel hologram from the three-dimensional Fourier spectrum is proposed. Experimental results in the form of a computer simulation and optical reconstruction are presented.     

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.     

二维海面上舰船目标电磁散射及合成孔径雷达成像技术研究

研究了二维海面上三维金属目标的电磁散射计算以及合成 孔径雷达(SAR)成像技术. 基于物理光学法、几何光学法和射线弹跳法计算了海 面与目标镜面反射及相互耦合作用; 并用等效电流法计算了目标的棱边绕射作用, 该方法考虑了阴影效应,同时为了消除人为截断引起的边缘衍射, 采用锥形入射波入射. 应用蒙特卡罗法生成的Pierson-Moskowitz谱粗糙面模拟实际海洋面, 计算海面上立方体及舰船的双站雷达散射截面, 通过与数值算法的结果相比较, 验证了该算法的正确性. 运用该解析法快速获取不同频率、 不同角度入射波照射下海面与目标的复合后向散射场数组, 结合SAR成像技术, 得到海面上立方体以及不同姿态舰船目标的SAR成像结果. 该研究成果在实际海洋遥感、海面上军事目标的探测与识别 等领域中具有重要的应用价值.     

位相相关在大尺寸物体三维重构中的应用

提出了一种对大尺寸物体进行三维重构的方法.将一正弦光栅投影到物体表面,通过摄像机得到有变形条纹的二维子区域强度像.在频域中完成各二维子区域强度像之间的相关,根据输出的相关峰值位置即可得出平移量,通过图像拼接获得有变形条纹的整个物体的二维强度像.运用傅里叶变换轮廓术可得到大尺寸物体的三维型面,给出了实验结果.     

一种三维数字成像系统的多视点姿态估计方法

为校准多视场深度数据,提出基于条纹投影的三维数字成像系统的多视点姿态估计方法。该方法至少在两个视点分别向被测物体投射出一组正交条纹图,利用条纹投影和相位重建技术,将相位图映射为物体的三维空间坐标。进而,利用投影仪的投射过程是摄像机成像过程的逆过程,建立投影仪的投射平面和摄像机的成像平面的对应关系,将“极线几何约束”应用到基于条纹投影的主动三维视觉的姿态估计问题,并在考虑测量数据受噪声影响的条件下,建立了求解视点姿态参量的数学模型。通过优化求解非线性方程可以获得多视点的姿态估计参量。所设计的实验及结果证明了所提出方法的有效性。     

多光束数字全息的研究

提出了一种多光束数字全息技术来解决当利用菲涅耳数字全息对全息图进行再现时,物体的多个表面无法同时再现得明亮、清晰.该方法是记录时采用多光束照明同一物体的多个表面,增强CCD上接收到的物体侧表面散射光的强度.实验成功地同时再现了物体的多个表面.同时,为了减弱再现像的散斑噪声,采用双线性插值和中值滤波处理图像,获得了质量高的三维物体的再现图像.     

A novel three-dimensional digital watermarking scheme basing on integral imaging

A novel integral imaging-based three-dimensional (3D) digital watermarking scheme is presented. In the proposed method, an elemental image array (EIA) obtained by recording the rays coming from a 3D object through a pinhole array in the integral imaging system is employed as a new 3D watermark. The EIA is composed of a number of small elemental images having their own perspectives of a 3D object, and from this recorded EIA various depth-dependent 3D object images can be reconstructed by using the computational integral imaging reconstruction (CIIR) technique. This 3D property of the EIA watermark can make a robust reconstruction of the watermark image available even though there are some data losses in the embedded watermark by attacks. To show the robustness of the proposed scheme against attacks, some experiments are carried out and the results are discussed.