数字投影三维数字成像的并行DSP实现

提出一种基于数字白光投影的三维数字成像嵌入式DSP处理系统.该系统根据时序变频条纹投影原理,利用TMS320DM642定点DSP和FPGA硬件电路以及多线程软件技术实现了条纹编码、编码图像采集和条纹分析的流水线处理过程.为了提高相位解调算法的速度,使用软件流水对其进行了优化.对于512×512像素图像,五步相移时的条纹图处理速度可达到39.7 fps,能满足快速条纹图处理的要求.测量实验表明,该系统可以实现快速、准确的三维轮廓测量.     

嵌入式三维数字成像系统

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维数字成像系统设计方案。该方案的硬件平台由条纹投影模块、数据采集模块、条纹自动分析模块及储存器等其他辅助电路组成。条纹投影模块将DSP输出的正弦光栅条纹, 经视频编码后用DLP投射到物体表面; 数据采集模块通过CCD相机采集被物体表面三维信息调制后的变形条纹图, 并进行视频解码; 条纹自动分析模块中利用相移算法计算折叠相位, 再结合相位展开算法求绝对相位分布。系统软件采用多线程技术并行控制三个模块。在相位解调过程中以软件流水线为主综合运用了循环展开、数据预取和内联函数等多种方法优化解调程序。实验结果表明, 该系统可以高速、准确地实现三维轮廓测量,优化后相位展开程序速度是优化前的7倍。     

光学三维成像实验系统

建立光学投影层析三维成像系统,该系统包括光学成像、图像采集、断层重建及三维显示,重建算法为滤波反投影算法.实验结果表明:利用该系统得到的重建图像与样品的形状吻合,重建结果边缘清晰,伪迹较小.     

一种新型彩色三维光学成像系统

提出一种新型三维彩色光学数字成像系统。此系统利用投影结构光对现实世界中的物体进行数字化，同时得到对应的彩色纹理。详细介绍了系统的硬件设计和软件体系结构设计，得到物体彩色纹理的两种不同方法；直接获取和从编码条纹中提取，给出了用该系统得到的实验结果并简单评价了系统的性能。此系统在反求工程、影视制作、三维游戏制作、医学应用等方面有远大的应用前景。     

靶场目标三维姿态测量结果自动修正方法

中轴线法是靶场试验中常用的目标三维姿态测量方法,但该方法求出的俯仰角和偏航角所描述的目标姿态可能与目标实际情况相异,必须进行人工修正。提出一种自动对姿态判读结果进行修正的方法,将目标共线方程与中轴线方程联立求解,可快速地求出角度修正量。实验证明该方法可对中轴线法求解结果进行自动修正,得到正确的目标三维姿态角,提高了姿态判读的速度和可靠性。     

一种基于编码孔径成像原理的三维成像方法

三维成像技术因其应用广泛而备受关注。根据编码孔径成像的基本原理,提出了一种非相干可见光三维成像方法。这种两步成像方法的第一步采用空间位置编码的照相机阵列对物体拍照,在第二步中,首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像,然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法解码再现出物体不同深度的表面分层图像。设计了初步的实验,该实验采用1部照相机依次在各编码位置对物体模型拍照,编码形式是包含9个点的无冗余阵列形式,物体模型只包含2个深度层次,布置在距离照相机阵列1.5m的地方。实验得到了信噪比较高的物体模型的分层解码图像,验证了这种三维成像方法的可行性。     

位错点阵投影的三维数字成像

提出一种基于位错点阵投影的三维数字成像方法。该方法以二维点阵结构光顺序照明参考平面和被测物体表面,通过分析分别投影在参考平面和物体上的点阵的成像过程,建立投射在参考平面和被测物体表面上的点阵中同一点在成像面上横向位置错动与被测物体深度之间的数学模型。依据此模型,通过计算相对应点在成像平面上的横向位移。可计算出物体的深度图像。二维点阵可以在垂直于光轴的平面内做横向和纵向的两维移动,以填补由于离散而丢失的其他空间点的深度信息,获得高空间分辨率。实验验证了该方法的可行性,此方法对于拓扑复杂的表面和大梯度表面有较强的适应性。     

基于立体标靶的双目系统标定研究

条纹投影三维测量技术的检测精度依赖于绝对相位与深度关系的标定过程,传统的标定方法步骤复杂、用时较长,在双目测量系统中对左右相机分别标定时尤为明显。因此设计一种基于立体靶标的标定方法,靶标由两个平面组成,各个靶标平面上附着规格已知的图案,平面连接处用特殊图案标识,用于区分左右两面。立体标靶实现双目测量系统相机外部参数与相位-深度的同时标定,将标定时间减少了一半,简化了标定流程;经过实验验证,利用立体标靶可以精确地进行深度(Z)以及横向(XY)的标定,实测误差小于0.053毫米,方法在双目乃至多节点三维测量系统的标定过程中具有应用价值,增加标定效率同时可避免累计误差产生。     

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。     

一种用于非制冷红外热成像系统的图像增强方法

在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中,获得的红外图像有明显噪声,甚至有连续噪点组成孔洞,让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点,获得特征卷积模板的尺寸信息,根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积,建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔,获得增强后的红外图像。实验结果表明,方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量,对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。     

基于自由镜面反射位姿评估的条纹反射摄影测量

在条纹反射摄影测量中,由于产生条纹图形的液晶显示器不直接出现在摄像机的视场范围内,摄像机与液晶显示器之间的位姿标定是条纹反射摄影测量的主要难点。为了简化标定过程,提出了采用平面镜直接对液晶显示器上的条纹反射3次并利用固定摄像机接收反射条纹,通过对摄像机与条纹虚像之间的3次位姿评估,完成摄像机与液晶显示器的位姿标定的方法。在镜面面形测量中,利用两者之间的位姿关系可以将待测点的反射光线和入射光线统一在摄像机坐标系下,完成光线的三角交会,实现镜面面形测量。数值模拟和实验结果表明,此方法简单易行,且精度较高。     

基于质点系运动原理的像机位姿估计算法

大多数基于单幅二维(2D)图像的像机位姿估计算法都是在已知全部或者部分三维(3D)/2D特征点对应关系的基础上设计的,而对于3D/2D特征点对应关系完全未知的情况则很少涉及。利用经典力学中的质点系运动原理设计了一种像机位姿估计算法,该算法能够在未知特征点对应关系的情况下,同时确定3D/2D特征点对应关系与像机位姿。此外,利用空间共线性误差和匹配矩阵,所提出的算法不仅能够处理3D/2D特征点一一对应的情况,而且能够处理部分3D特征点被遮挡,以及图像中存在2D伪特征点的情况。通过实验,并与其他相关算法进行比较,结果表明所提出的算法能够在不增加计算复杂度的条件下有效地匹配特征点并估计像机位姿,而且受图像噪声和2D伪特征点的影响较小。     

相机位姿估计的加速正交迭代算法

面对需要实时计算的相机位姿估计问题,针对经典的广泛应用的正交迭代算法,提出了一种加速正交迭代算法。其关键思想是将每一次迭代过程规整化,从而提炼出每一次迭代的重复计算,若将此重复计算在迭代开始前提前计算,则可以大幅度的减少迭代过程中的计算量,使得每一次迭代的计算复杂度从O(n)降低为O(1)。因此,可以在更短的时间内迭代更多的次数,从而获得更高的精度。进行了对比实验,结果显示本加速算法计算精度更高,速度更快。并通过实验提出了选择稳健n点透视(RPn P)计算初值,再使用加速正交迭代算法进行迭代运算的方法,在控制点不多的情况下,是一种精度接近最大似然估计,计算速度最快的算法。     

Three-Dimensional Information Acquisition Using a Compound Imaging System

The TOMBO (thin observation module by bound optics) system is a compound imaging system inspired by a biological visual system. Various interesting features can be utilized in the applications of the TOMBO system: in this paper, we present an effective method for three-dimensional information acquisition. An image captured by the TOMBO system is composed of multiple images observed from several viewpoints. Distance between the TOMBO system and an object can be estimated using disparity of the captured images. A new method for estimation of the object distance is introduced. In the experiment, multiple object distances can be successfully estimated by the proposed method. Using the obtained distances for image reconstruction, we can generate a composite image focussing on multiple objects.     

一种大视场相位测量轮廓术系统标定方法

在进行大视场相位测量轮廓术系统参量标定时需要大的标定平面和精密移动台,由于携带不方便,不易进行现场标定。提出了一种用于相位测量轮廓术系统参量的高精度、现场标定方法,采用一块较小的平面标定靶在有效测量体积内不同位置多次摆放,以获取密集的数据点。先标定出摄像机的内参量和外参量,再指定一个全局参考平面和若干辅助参考平面,然后在图像平面上分区计算出每个位置标定靶上每点相对辅助参考平面的高度差和相位差,最后应用极大似然估计法估计出相位高度映射参量。实验中平面高度测量的标准偏差达到0.0433 mm。这种方法只需要较小的平面标定靶,标定过程方便、精度高,完全适合大视场三维测量相位测量轮廓术系统现场标定要求。     

伸缩窗口傅里叶变换在三维形貌测量中的应用

为了克服窗口傅里叶变换在分析非平稳信号所存在的缺陷,基于窗口傅里叶变换技术提出了伸缩傅里叶变换法并应用于三维形貌测量中。通过对窗函数在空间尺度上引入伸缩变换,得到一个可调宽度的空间一频率窗,实现空间频率分辨率随光栅图像条纹频率变化自动可调的实时快速测量。该方法克服了窗口傅里叶变换分析中所有频率窗口的大小形状固定不变的缺点,适合复杂物体形貌的测量。给出了理论分析、计算机模拟以及实验研究结果。     

基于压缩感知的三维物体成像的简单计算方法

从压缩感知的原理入手,阐述了基于压缩感知的三维物体成像方法。为解决压缩感知三维物体成像计算量大的问题,重点提出了一种三维信息计算的简单方法。此方法通过两次压缩感知计算就可得到位于多个距离处的物体的三维信息,大大减少了计算量。对此方法进行了数值模拟,并分析了采样率的提高对于距离计算精度的影响;建立实际的三维成像系统,实验结果证明了这种方法的可行性。