基于相位辅助的三维数字成像与测量

综述了基于相位辅助的三维数字成像与测量的核心技术.以相机模型为基础,建立了三维数字成像系统模型和三维测量网模型,并介绍了相关的标定技术.在主动立体视觉的理论框架下,综述了相位提取、相位展开、对应点搜索等单视点深度像重建的关键技术.介绍了深度数据后处理技术,其中包括多视点深度像的匹配、融合和简化的代表性算法.同时,对系统...     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.     

三维虚拟动态测量系统构建方法研究

针对传统二维测量系统存在测量精度较低、稳定性差的不足,提出一种基于数据交互的三维虚拟动态测量方法。该方法采用三维构型与总线技术同步耦合的工作方式,对三维测量系统中模型驱动的关键问题进行了研究,探讨了三维测量系统中数据交互解决方法的可行性,并将该方法应用于煤矿排水系统,完成了三维虚拟动态测量系统的开发。试验结果表明由该方法实现的三维虚拟动态测量系统具有运行稳定、操作简单、直观性强、可靠性高的优点,应用前景广阔。     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用...     

非接触三维测量全场结构关系模型分析及系统开发

研究开发了一种基于光栅投影和主动式三角法的高精度三维测量系统。分析了系统的全场结构关系模型及镜头失真对系统的影响,给出了空间三维坐标的详细算法。试验结果表明,系统的测量误差小于0.04mm,测量精度约为0.03mm。多视角测量的拼合结果表明,系统具有良好的360°测量精度,测量精细表面纹理效果好。该系统在反求工程及质量控制等领域具有良好的工业应用前景。     

线结构光自同步扫描三维形貌测量系统

针对空间目标操控任务中非合作目标近距离三维形貌测量的需求,设计了基于激光三角法原理的线结构光自同步扫描三维形貌测量系统.分析了经典的点扫描测量系统模型,扩展建立了线结构光扫描系统模型.构建了测量系统桌面样机,利用二维平面棋盘靶标构建虚拟立体靶标完成了系统参量的标定.分别对已知结构的工件及天宫一号缩比模型进行了测量实验,结果表明:测量距离为1m时,系统三坐标测量误差均优于1mm,Z向距离误差为0.18mm,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.31mm.该系统简化了扫描系统结构,能降低空间载荷的重量和功耗,满足空间任务中快速三维形貌测量的需求.     

基于Levenbery-Marquardt算法的点衍射三维坐标测量方法

针对现有点衍射三维坐标测量系统中的坐标高精度解调问题,提出了一种基于Levenbery-Marquardt(LM)算法的点衍射干涉测量方法。基于L-M算法的点衍射测量技术是以点衍射干涉理论为基础,在实现干涉场相位分布信息解调的基础上运用基于L-M算法的二重迭代算法重构出点衍射源的三维坐标。为验证所提出测量方法的可行性,同时进行了计算机仿真和测量实验,并与三坐标测量机的测量结果进行了对比。结果表明:该测量方法可在xyz三维方向上100mm×100mm×300mm空间范围内实现优于微米量级的测量精度。该测量方法具有不依赖算法迭代初值、测量精度高、运算速度快、抗噪声能力强等诸多优点,在三维坐标测量及测量系统的校准中具有较好的实用性。     

三维形貌柔性测量系统标定方法及验证

为了避免机器人模型误差对三维形貌柔性测量系统手眼标定的影响,对手眼关系的标定方法进行了研究。提出了一种融合特征点拟合的手眼标定方法。将三维形貌扫描仪安装在工业机器人末端搭建三维形貌柔性测量系统。标定时,首先利用激光跟踪仪对工业机器人末端法兰盘坐标系进行测量,得到两者转换关系;然后,利用三维形貌扫描仪和激光跟踪仪对空间固定的特征点组进行测量,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法求解两者转换关系即可间接地求解出手眼关系。基于ATOS三维扫描仪、安川HP20D机器人和API公司生产的激光跟踪仪进行了手眼标定实验,并进行了精度验证。结果表明:标定后的三维形貌柔性测量系统,其重复性测量精度(3σ)不超过0.1 mm,长度测量精度的均方根误差在0.2 mm以内,点云拼接精度优于±0.7 mm。该方法有效避免了传统手眼标定过程中会引入机器人模型误差的问题,在求解手眼关系解时采用了线性的解法,并且适用于三维形貌柔性测量系统。     

光切成型石墨电极三维模面测量技术的研究

基于光切法三角测量原理,提出一种实现成型石墨电极三维模面的扫描测量方案.文中讨论了光切法三维测量原理及系统组成,并提出了一种基于均匀点阵的虚拟网格标定技术,最后给出了奥迪车门模型石墨电极模面的实际测量结果.通过对测量结果的分析表明此方案简易可行.     

基于单目结构光的大物体三维测量关键方法的研究

在单目结构光的三维测量系统中,由于投影仪倾斜投影, 参考平面上的条纹周期展宽, 给测量带来误差,降低了测量精度。同时受大物体自身几何和形貌等因素的影响,以及相交轴测量系统的限制,其单幅面测量范围受限,很难一次测量大物体完整的三维形貌,而且在测量大物体时,摄像机镜头非线性畸变也影响测量精度。根据参考平面上光栅条纹的周期变化规律,提出了一种适用性好、方便快捷的条纹周期校正的理论模型, 在此基础上, 提出了基于条纹周期校正的四步相移法的理论模型,进而提出了基于条纹周期校正的时间相位展开法的理论模型。采用摄像机镜头非线性畸变校正模型,提高测量精度。在被测物表面粘贴标志点,获取其三维坐标,利用SVD分解和L-M优化算法求取转换矩阵,并在设定的全局坐标系下实现三维图像拼接,采用线性加权算法,对重叠区域进行图像融合。实验结果表明,X轴的拼接误差为0.14 mm,Y轴的拼接误差为0.16 mm,Z轴的拼接误差为0.19 mm,其拼接误差均在测量误差允许范围之内。     

基于网格点投影灰度相似性的三维重建新方法

基于双目立体视觉的三维重构是计算机视觉技术的主要内容之一,在机器人视觉导航、航空测绘、医学成像和工业检测等很多领域都有广泛的应用.提出一种基于网格点投影灰度相似性的双日立体视觉的三维重建新方法.首先将被测物体所在的世界坐标系划分成问距卡日等的矩形网格,将网格节点作为潜在的物点投影到左右图像坐标系上,然后根据不同深度的空间点在两幅图像上相应的灰度相似性来判断被测物体在三维空间中的深度信息.通过Matlab平台下的仿真实验证明了本方法的三维重建效果和计箅效率都要优于传统方法.与传统的图像匹配方法相比,具有算法简单、速度快、精度高、且不受摄像装置非线性畸变影响的优点.     

A Transformer-Based Capsule Network for 3D Part–Whole Relationship Learning

Learning the relationship between the part and whole of an object, such as humans recognizing objects, is a challenging task. In this paper, we specifically design a novel neural network to explore the local-to-global cognition of 3D models and the aggregation of structural contextual features in 3D space, inspired by the recent success of Transformer in natural language processing (NLP) and impressive strides in image analysis tasks such as image classification and object detection. We build a 3D shape Transformer based on local shape representation, which provides relation learning between local patches on 3D mesh models. Similar to token (word) states in NLP, we propose local shape tokens to encode local geometric information. On this basis, we design a shape-Transformer-based capsule routing algorithm. By applying an iterative capsule routing algorithm, local shape information can be further aggregated into high-level capsules containing deeper contextual information so as to realize the cognition from the local to the whole. We performed classification tasks on the deformable 3D object data sets SHREC10 and SHREC15 and the large data set ModelNet40, and obtained profound results, which shows that our model has excellent performance in complex 3D model recognition and big data feature learning.     

基于双边滤波算子的医学脊椎去噪

为了有效滤除医学脊椎模型的噪声点,同时更好地保持模型细节,提出了一种基于双边滤波算子的医学脊椎去噪模型.采用双边滤波在多尺度条件下进行脊椎三维模型轮廓线的提取,设计改进自适应扩散系数,以更好的优化控制整个扩散过程.根据图像的离散特征,建立相应的离散迭代方程,使迭代过程离散化,并设计迭代停止准则,当去噪平滑后的图像模型与噪声相关性最小时停止迭代.与经典的向异性扩散模型方法实验结果相比,本方法在解决去噪方面达到了很好的滤波效果,同时也较好地保持了医学图像的边缘细节特征,大大优于传统滤波算法.     

基于仿射变换从序列图像恢复物体的三维结构

提出了一种基于仿射变换重建物体三维结构的新算法。不同于以往的基于仿射变换的重建算法,该算法首先基于新的仿射投影矩阵分解算法得到物体三维结构值及摄像机的外参数信息;其次用光束法平差修正模型误差和提高三维结构的精度。算法用仿真实验和实拍图像都得到了精确、可靠的结果。     

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。     

Three-dimensional Fourier Fringe Analysis

Over the years two-dimensional Fourier Fringe Analysis (2D-FFA) has demonstrated both its capability and its relative robustness in analysing fringe patterns within a short time-frame from static objects. Nowadays, there is an increasing demand to measure dynamic objects. Today 2D-FFA is seen as a fast and flexible method of processing fringe patterns for dynamic objects. But it is still inherently a 2D approach, i.e. it deals with three-dimensional data (video sequences) on an individual 2D frame-by-frame basis. In this paper, a novel three-dimensional Fourier Fringe Analysis (3D-FFA) algorithm is proposed to demodulate fringe pattern sequences taken from dynamic objects. This technique processes the stack of fringe patterns as a single 3D volume, not as a set of individual 2D frames that are each processed in isolation. The proposed algorithm has been evaluated on both computer simulated and real dynamic objects. Results show that the proposed technique is able to demodulate fringe pattern volumes successfully.     

三维声传播模型BELLHOP3D的信息传递接口并行优化

近些年,我国对海洋不断深入的探索对复杂环境中声场的快速预报提出了越来越高的需求。BELLHOP3D是一种基于射线法的三维声传播计算模型,在海洋声学中应用十分广泛。BELLHOP3D的计算效率比其他常用模型高,但是仍然有非常大的提升空间。该文使用信息传递接口对BELLHOP3D进行粗粒度的并行优化,并行后的程序计算结果稳定可靠,并行效率高,更适合在实际应用中实现快速的声场预报。并行BELLHOP3D程序可以在https://github.com/nj-zyq/BELLHOP3D＿MPI.git下载。     

工业CT切片序列任意方向剖面的绘制方法

为获得工业CT切片序列在三维空间任意方向的剖面,提出了一种基于三维纹理映射技术的任意剖面绘制方法。该方法首先把工业CT图片序列存储为体数据,然后使用传递函数对体数据进行分类,并将分类处理后的体数据定义为三维纹理,结合人机交互给出的平面参数计算出剖切多边形各顶点及其对应的纹理坐标,最后进行纹理映射得到剖面图像。该方法的特点是利用图形处理器支持的纹理映射功能完成剖面像素的采样和插值。实验结果表明,该方法成像质量较高,显示速度较快,能够满足人机交互实际应用需要。     

对称旋转不变相干分布式非圆信号二维波达方向估计

在相干分布式非圆信号二维波达方向估计中,利用信号非圆特性可提升估计精度,但现有的低复杂度算法利用泰勒级数近似建立的旋转不变关系会引入额外误差.针对该问题,考虑中心对称的三维立体线阵,提出了一种基于对称旋转不变关系的二维波达方向估计算法.算法首先利用信号非圆特性建立了扩展阵列模型;然后证明了对于任意的中心对称阵列,相干分布源的确定性角信号分布函数矢量具有对称特性,利用此特性在三维立体线阵的三个子阵中分别建立了扩展广义方向矢量的对称旋转不变关系;基于此,通过无须搜索的多项式求根方式分别得到中心方位角和俯仰角估计;最后利用整个阵列广义方向矢量的对称旋转不变关系构造代价函数实现了参数匹配.理论分析和仿真实验表明,相比于现有的低复杂度算法,所提算法避免了泰勒级数近似引入的额外误差,以较小的复杂度代价获得了性能的较大提升.同时,所提算法能够实现三维空间全方位的角度估计.