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。     

基于数字图像处理技术的人脸检测算法研究

为了提高人脸检测的准确性及检测速度,需要对基于数字图像处理技术的人脸检测算法进行研究。使用当前方法进行人脸检测时,需要提取脸部特征数目较多、检测速度过慢,降低人脸检测效率。为此,提出一种基于数字图像处理技术的人脸检测算法。该方法首先获取人脸数字图像,通过拉开数字图像的灰度间距,使数字图像灰度均匀分布,进而提高数字图像对比度,使图像更加清晰,再通过Wiener维纳滤算法对处理后的数字图像进行图像平滑去噪,在此基础上使用Robert边缘检测算子方法对数字图像人脸边缘每个像素点检测,得到数字图像中人脸边缘的基本图像,将其输入到计算机数字图像处理系统中进行识别检测。实验仿真证明,所提算法在检测速度及准确性等方面具有明显的优势。     

360°连续扫描的便携式三维激光雷达设计与开发

针对三维激光雷达在国内有巨大的应用市场,而国外商业三维激光雷达十分昂贵的现状,开发了一种360°连续扫描的便携式三维激光雷达系统。采用一个二维激光扫描仪与高精度转台连接,通过步进电机控制形成三维激光扫描。在分析系统误差来源的基础上,提出了系统误差校正方法,给出了三维坐标精确计算公式。实验结果表明,系统测量精度高,数据质量好。系统作用距离80 m,测距精度可达6 mm,测量速度每秒7256点,可满足室内室外大规模场景三维数据快速获取的需求,而成本仅是国外同类商业三维激光雷达价格的四分之一左右,且重量轻体积小,携带方便。     

基于拟牛顿和遗传算法的三维人脸建模

用网格重采样算法和点变形技术把不同人脸纹理全景图进行标准化,实现三维人脸的像素级对齐;根据在不同姿态下用拟牛顿法优化目标函数优化速度的不同和提取的人脸特征点精确计算出输入图像中人脸的姿态;确定三维人脸模型在此姿态下的可见点,最后利用改进的实数遗传算法进行匹配计算,建立完整的三维人脸模型。实验表明,此算法能实现三维人脸像素级的精确对齐,快速的精确计算输入图像中人脸的姿态,减少优化参数,简化目标函数,提高模型匹配效率和重构精度,缩短匹配时间。     

基于M型分划丝的单线阵CCD直线度准直仪

为使直线度准直测量一次性自动完成 ,提出了一种结合M型分划丝 ,采用单线阵CCD器件 ,应用激光准直原理测量二维小位移和第三维小角度的全新方案 ,阐述了测量的基本原理、系统组成及硬件设计。实验表明 ,直线度准直仪在 70m距离内准直精度可达 13μm ,在± 2 0°测角范围内测角精度达 0 .7″。     

一种高效的人脸三维点云超分辨率融合方法

三维人脸识别技术是当前研究和应用的热点。提出了一种专门针对人脸的三维点云融合方法,通过人脸检测、人脸姿态校正、点云对准和三视点投影等步骤实现三维点云超分辨率融合。实验结果表明,该方法可提高点云的分辨率,降低噪声的干扰,消除孔洞,能较好地重构人脸表面,能大幅度地降低融合的计算复杂度,提高融合的效率。     

基于角度交会的二维坐标图像测量系统

针对基准平面障碍物检测定位问题,设计了一种采用角度交会法测量二维坐标的嵌入式图像检测系统。二维坐标测量系统采用双线法标定线阵CCD图像传感器,并采用角度交会法对被测对象进行坐标计算,从而测得未修正的二维坐标测量结果。采用控制变量法分别测量X轴和Y轴坐标,使用Matlab软件对数据进行处理,并对X轴和Y轴测量误差分别进行多项式线性拟合,进而得到坐标修正公式,修正的二维坐标误差明显变小。实验结果表明：基于角度交会的二维坐标图像测量系统能够实时、准确、快速和可靠地测量二维坐标,为基准平面障碍物二维坐标测量定位提供了一种可行的方案,具有一定的应用价值和意义。     

关键点引导相位测量的三维人脸表情获取

三维人脸表情捕获在影视、游戏、医学、社交等领域有广泛的应用.为了实现无标记自由运动中的人脸表情三维信息高精度采集,提出了基于人脸关键点检测与匹配的条纹投影三维人脸测量方法.首先,采用三频外差法获取待测对象准静态三维信息作为参考模型,并利用基于深度学习的人脸关键点检测算法从调制度图中得到初始关键点及对应的三维坐标.然后,...     

基于成像差分吸收光谱技术测量电厂SO_2排放方法研究

介绍了一种测量烟羽污染气体二维分布的方法——成像差分吸收光谱(IDOAS)技术。该技术基于成像光谱仪,结合旋转平台实现对目标区域的二维扫描测量,获取目标区域的高光谱数据;采用差分吸收光谱(DOAS)算法对光谱进行处理,获取扫描区域内污染气体的二维分布图,进而对污染气体的分布及扩散趋势进行分析。对地基IDOAS系统及其测量原理进行了介绍,并开展外场实验,成功获取了电厂烟羽中的SO2二维分布图,实现电厂污染排放的可视化;对SO2排放率及平均浓度估算方法进行了分析,结合风速,利用获得的二维数据计算得到电厂SO2排放率及平均浓度分别为210 kg/h、6.7 mg/m3。     

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.     

A machine vision technique for subpixel estimation of three-dimensional profilometry

A quick and efficient technique for a charge-coupled device (CCD)-based profilometric measurement system is proposed and verified by experiment. When a laser stripe is projected onto an object, the deformed laser line image is detected by a CCD camera with subpixel resolution and is automatically transferred to its space position using a least-squares mapping algorithm. Measurements are executed on each separate surface of a three-dimensional object and the multi-surface data are integrated through a process of coordinate transformation. Large arrays of data points are acquired on each surface by means of a scanning mechanism. Because the measuring data from each laser stripe position can provide two-dimensional information concerning the surface contour, the laser stripe and the CCD camera are integrated into a measurement system for obtaining the entire three-dimensional information. Theoretical analysis shows that this technique can determine the three-dimensional profile of an object with an accuracy below 0.2 mm.     

船体三维角度变形的自准直干涉测量方法

以自准直原理基础,将光栅干涉原理引入,提出了一种能对船体三维变形测量的自准直干涉法。分析了测量三维角度变形的自准直干涉原理,并根据该原理设计了光学系统,系统主要包括两个主光路,自准直光路和光栅干涉光路,并且两路光部分共光路。自准直光路可以实现船体的二维测量;自准光栅的像和反射光栅干涉可测量船体的另一维变形,从而实现了船体三维变形的测量。给出了计算三维角变形的理论公式,最后进行了精度分析。试验结果表明,在±30′的视场范围内,系统精度达到2″,该方法不仅适用于船体也适用于其它物体三维角度变形的测量。     

基于体视显微镜的三维显微表面测量系统

将条纹投影轮廓测量术和体视显微镜相结合，搭建了一套能够对微小器件的表面三维形貌进行测量的系统。该系统由一台Greenough型的体视显微镜，一台DMD投影仪，一个CCD相机和一个机械平移台组成。在利用相移算法和降级去包裹算法得到被表面形貌调制过的无歧义相位后，通过相位和高度的映射关系，得到高度值，从而能够对微小器件的表面形貌进行重建。在标定时，通过精密的机械平移台将陶瓷标定板置于不同的高度，对其进行相位测量，得到多组相对应的相位和高度值，再对每个像素点进行多项式拟合来确定相位和高度的映射关系。实验测量了标定的最后一个平面以及微型的球栅阵列，平面测量结果显示测量误差在10 μm以内，从微型球栅阵列的三维重建结果可以清晰地看到排列的球形结构。实验结果证明了该系统对于平面和复杂的三维结构都能够进行精确的测量。     

激光微角偏移测试系统研究

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点,设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量;利用相对简单的方法完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明,该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。     

靶丸空间坐标的高精度测定技术

为在惯性约束聚变系统中开展靶丸空间坐标的高精度测量,针对人工方式瞄准方法在安装调试上存在费力费时、自动化程度不高等缺点,采用基于双目视觉的方法,利用高精度2维标定板,通过迭代方法使角点提取精度达到0.1个亚像素,采用奇异值分解法来去除奇异点、改进的张正友标定算法等手段提高了标定精度。实验表明,在坐标测量精度均为25μm,距离测量的系统最大误差小于100μm,指标能满足系统要求。     

结构光测量中获取高精度相位的新方法

随着制造技术的快速发展．三维光学测量技术也得到迅速的发展,利用双目CCD(电耦合插件)摄像机记录的光栅投影测量技术是一种新型的光学测量方法。在该方法的测量过程中,通过测量相位值取得测量空间。为了获得连续的高精度测量相位值．提出一种结合了格雷(Gray)编码并能够优化相位精度的相移方法,该方法通过投影相位传递函数来优化测量相位值。为了消除光栅投影图像中非正弦、周期变化和其他干扰因素的影响,给出投影光栅一种新的光强函数,利用这个光强函数能够进一步提高投影光栅测量相位精度。最终,通过插值测量相位精度能达到亚像素级．     

快速高精度电动调整镜研究

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜,系统主体采用一体化的柔性支撑设计,驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现,反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器,使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析,对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求,采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法,采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试,结果表明,在±500″角度范围内,调整镜到位时间在3 s以内,控制误差小于2″,可以满足系统要求。     

0.2 THz步进频率逆合成孔径雷达成像

研究设计了一种0.2 THz的步进频率雷达成像系统,带宽12 GHz,并利用逆合成孔径技术对物体进行二维高分辨成像。针对系统设计参数进行Matlab仿真,获得简单转台目标的二维逆合成孔径雷达图像。仿真结果表明,太赫兹雷达成像系统可实现目标的二维高分辨成像,横向和纵向距离可以达到cm级分辨率。     

基于彩色共焦的位移测量系统研究

为实现小型化、非接触式、快速高精度的位移测量,设计并搭建了基于光学彩色共焦原理的位移测量系统。系统中数据拟合采用的方法是,对光谱响应函数极值周围的数据进行高斯叠加拟合,以获得光谱响应曲线的峰值,从而得到峰值所对应的波长。经过实验验证,系统的测量范围为2mm,测量精度可以达到10μm,线性度为3.4%,光谱响应的半高宽(FWHM)为49nm。因此能够满足一定精度的位移测量需求。     

多轴差分吸收光谱断层扫描重建烟羽空间分布

为了实现烟羽二维空间分布的精确重建, 建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同的重建模型,采用不同的扫描光路进行了重建模拟,并设计了重建程序。然后,对数值模拟仿真结果进行了分析比较。最后,搭建了多轴差分吸收光扫描系统平台,进行了外场试验。数值模拟的结果显示：MAX-DOAS层析技术能精确的重建出烟羽模型的二维空间分布,四光源光路的重建误差约是双光源光路重建误差的三分之一,四光源重建时间约是双光源重建时间的四分之一,且双峰模型的重建误差大于单峰模型的重建误差。外场试验的结果显示：重建图像的积分数据与多轴差分吸收光谱测得的投影数据是一致的,说明重建出的烟羽空间分布符合实际情况。研究表明,数值模拟的结果与外场试验的结果具有一致性。