李海岩[1]2000年在《旋转式三维物体测量系统及重构方法的研究》文中提出物体的三维轮廓包含着物体的形状信息，三维轮廓测量是人们掌握物体表面形状的一种手段。在敏捷制造过程中，反求原始另件表面的三维坐标是十分重要的。 本文依据计算机视觉的理论，采用结构光法，利用Windows开发平台和VisualC++6.0的MFC，开发了一套三维形状测量系统。该自动测量系统包括：硬件的自动控制，图象的自动采集、裁剪和细化；并对物体三维重构方法进行探索和研究，借助OpenGL实现了物体的三维测量数据的可视化。整套系统结构简单，处理计算简捷，测量速度快，界面友好，容易操作，成本低廉，应用范围广泛，为实现快速“测量——加工”奠定了基础。
孔玮琦[2]2017年在《微小物体光栅投影三维测量系统的关键技术研究》文中研究指明微小物体三维精密测量技术在机械、电子、生物、材料的微型化变革中起到重要作用。基于光栅投影的三维测量方法作为非接触测量方法的主要代表,由于其测量精度高、速度快受到广泛的关注和研究。本文基于光栅投影三维测量技术搭建了微小物体测量系统进行三维重构研究,重点探究了测量过程中远心镜头的标定、高动态范围测量方法相位求解、相位展开等关键技术并提出了新的算法思路。本文研究的主要内容和成果如下:1.针对传统标定方法无法适用于远心镜头的问题,提出了一种基于一般成像模型的标定方法。利用标定板在任意方向上移动、围绕固定轴旋转的三个姿态进行标定,解决了一般成像模型变量多的问题,并且不需要借助精密位移装置,简化了整个标定过程。为了提高标定精度,在初次获得标定参数后,利用LM(Levenberg-Marquardt)算法调整标定参数,减少利用空间交汇法获得的三维坐标和真实坐标之间的差距,最终得到优化后的标定参数。与此同时,本文利用自卷积盲去模糊的方法解决远心镜头景深小导致的离焦问题,提高了摄像机的标定精度。2.针对物体表面反射率变化范围过大引起的相位质量问题,提出了一种基于多重曝光的高动态范围(High Dynamic Range,HDR)光栅投影三维测量方法。首先针对不同被测物体找到其所需的曝光时间范围。然后在得到的曝光时间范围内获取相机在不同曝光时间下的多组相移光栅。传统的多重曝光方法通过多组相移光栅重新生成一组高动态范围的相移图从而解得较好的主值相位,并没有考虑相位展开问题。事实上,亮暗区域对传统灰阶码的方法依旧存在影响,因此本文所提出的多重曝光测量方法对多组展开相位进行融合,从而得到完整连续的相位信息。同时针对相位展开中灰阶码存在的问题,本文提出了三步法矫正灰阶码,实验表明该方法能够有效地提高相位质量。3.基于上述对测量过程中不同环节的算法研究,本文搭建了微小物体测量系统。硬件设备搭建和配套软件系统设计均自主实现。在此系统上,本文进行了大量的实验,实验表明该系统可以获得23.7mm×17.78mm视场下微小物体高质量的外轮廓三维数据。
罗志升[3]2010年在《基于结构光的旋转式物体三维重构》文中研究说明物体的三维轮廓包含着物体的形状信息,外形及尺度测量是人类认识和改造世界的基本手段之一,是现代化生产质量控制的主要技术。结构光三维视觉检测以其高精度、光条图像信息易于提取、实时性强等特点,近年来在工业环境中倍受瞩目,在三维自动检测和物体识别等领域内具有不可替代的作用。本文在大量调研国内外目前三维重构方法的基础上,采用激光光截法并使物体旋转360。对物体进行三维重构,并且利用该方法对火车车轮进行了三维重构,以达到对车轮表面一周进行全面测量的目的。重构系统主要部分包括摄像机、激光器、旋转平台及计算机。激光器发出一束激光打到物体表面上,利用摄像机拍摄下来。由于在物体表面上的激光光条带有物体表面的轮廓信息,所以对其进行采集后输入计算机中进行处理可以还原物体轮廓信息。若让物体旋转一周每隔一定角度采集一次激光图片,则可以还原显示整个物体的三维轮廓图。本文设计了物体三维重构算法,包括图像处理、系统标定及三维重构显示三个部分。图像处理部分主要包括图像预处理,图像剪切及细化。重点是预处理中的细化算法,它是影响物体三维重构后的精度的原因之一。本文通过对比激光几何中心提取法及骨架法,使用了细化精度更好的骨架法。整个设计过程中,系统标定是本文的重点也是难点,标定精度直接影响三维重构的精度。本文调研了几种国内外摄像机标定方法的优缺点,选取了实现比较简单,标定精度较高的张正友标定方法,并且利用已有的基于张正友标定方法的Matlab标定工具箱对摄像机进行了标定。在此基础上将物体的图像坐标数据转化成空间坐标,在Matlab下对数据进行预处理,排序后构造曲线,然后利用了简单可行的三角网格化算法,实现了曲面重构,最终在Matlab及OpenGl下实现了物体的三维显示并对显示结果进行了分析。
郭龙强[4]2013年在《基于摄像机—投影仪系统的三维重构技术研究》文中认为计算机立体视觉在精密加工、机器人导航、物体识别等领域有着广泛的应用。立体测量作为计算机视觉的主要组成部分,可以分为接触式测量和非接触式测量两种。编码结构光作为非接触式测量的一种,在进行物体表面三维重构时具有测量精度高、结构简单、成本低廉、容易实现等优点,近些年成为机器视觉领域研究的热点之一。本文根据双目视觉系统视差的测量原理,建立了摄像机-投影仪三维重构系统,并根据双目视觉系统的测量公式,推导出了摄像机-投影仪系统模型的三维重构公式。介绍了摄像机和投影仪的光学模型,然后介绍了整个测量系统内部的相对坐标关系以及摄像机和投影仪的内、外参数。该测量系统的主要优点在于不要求摄像机投影仪光心连线平行于参考面,也没有要求摄像机光轴垂直于参考面,因此属于无约束测量系统。本文从基本的格雷码编码技术出发,结合本文使用的测量系统对坐标点匹配的基本要求,提出了组合格雷码编解码技术,然后根据已知的测量系统的内、外参数,对简单物体模型(四棱锥)和复杂物体模型(小猴)分别进行了三维重构,重构结果证明了本文提出方法的切实可行。接下来对影响物体表面三维重构分辨率的因素进行了研究,主要从投影采样条纹图案和拉近投影仪和被测物体的距离两个方面出发增加了三维重构的分辨率,使物体三维重构的分辨率得到了提高。最后本文从正交频分复用角度出发,提出了基于双投影仪的格雷码投影方案,使用双投影仪同时投射横向、纵向格雷码图案,利用正交频分复用技术实现了横向、纵向混叠格雷码图案的分离,提高了投影图案的投射效率,完成了双投影仪对应的格雷码图案解码。借助于已知的摄像机和双投影仪系统的内外参数,通过双投影仪投射的横向、纵向格雷码图案,利用三维重构公式计算得到了空间点在世界坐标系下的三维坐标分量,最终完成了四棱锥模型的三维重构。
吴芬芳[5]2005年在《基于车载激光扫描数据的建筑物特征提取研究》文中提出地球空间信息科学和地球空间信息产业蓬勃发展,三维空间信息的快速获取与自动处理技术是地球空间信息技术的核心和发展前沿。激光扫描测量技术是一种新的技术手段,能够直接获取高精度三维空间信息,是传统测量技术的一个重要补充。经过十几年的发展,机载激光扫描测量系统在技术上已相当成熟,地面激光扫描测量系统的研究与开发也有较大进展,激光扫描数据处理的发展却相对滞后,是目前国际上研究的热点之一。 本文研究从激光扫描数据中进行建筑物特征提取,研究重点是车载激光扫描数据分类和建筑物特征提取。论文首先简要介绍了激光扫描测量技术,总结分析了二维灰度图象分割与特征提取方法和现有的激光扫描数据分类与特征提取方法。然后在此基础上设计了一种新的车载激光扫描数据分类和建筑物特征提取方法,该方法也适用于配准后的多扫描点地面固定激光扫描数据。此方法充分利用激光扫描数据的空间分布特征和城市环境中各种物体自身的几何特征,将所有数据点投影到水平格网中,对每个格网单元,计算其中所有数据点投影前高度值的最大值,根据此最大值来判定该格网单元中数据点的类别。从分类后的数据中提取建筑物特征。应用所设计的数据处理方法处理车载式三维信息采集系统采集的数据,分析得到的结果。最后总结全文,展望未来的研究方向和发展前景。
纪文丽[6]2007年在《基于光栅投影方法的物体三维轮廓重构》文中认为三维轮廓重构技术广泛应用于逆向工程、机器视觉，在线检测、模具设计、医疗诊断等领域。其中，采用光学方法的非接触主动式三维轮廓重构技术随着计算机、光电器件的迅速发展受到人们普遍重视。现存的重构系统大致可分为基于光学三角法，激光干涉法，时间飞行法，光栅投影法等。光栅投影法因其测量精度高，速度快，对环境要求低等优点成为近年来研究的热点。本文对基于光栅投影法的物体三维轮廓重构技术的几个热点问题进行了研究，论文的工作主要包括以下几个方面：首先，阐述了基于光栅投影法的物体三维轮廓重构技术的基本原理。该技术以交叉光轴投影系统为基础，利用计算机控制投影仪把结构光栅投影到物体表面，由数码相机获取变形的光栅条纹图像，从变形的条纹图像中解调出相位信息。本文介绍了相移法等三种相位解调方法的原理并分析了三种方法存在的问题。其次，介绍了几种改进的光栅投影技术。由上述相位解调方法提取的相位信息折叠在[-π，π]之间，需要进行相位展开运算。但是由于遮挡、噪声等不利因素会导致相位的非正常跳变，从而不能正确地实现相位展开。本文针对以上问题介绍了几种改进的光栅投影技术，并重点研究了格雷编码与相移法相结合的光栅投影技术，计算机仿真实验表明，这种技术对于相位展开的正确性有显著提高。再次，建立了基于格雷编码与相移法相结合的光栅投影三维轮廓重构系统。投影光栅的周期在参考面上是渐变的，通常的研究忽略这种渐变，这将引起测量误差。本文给出了考虑这种渐变的精确的数学模型，并论述了系统标定方法。由该系统可以通过展开的相位信息获取物体的三维轮廓。最后，在理论分析和计算机仿真的基础上，设计了三维轮廓重构实验，并研究比较了对获取的变形光栅图像进行滤波和二值化等预处理的方法，然后利用实验系统对实际物体实现了三维轮廓重构。本文完成了基于光栅投影方法的三维轮廓重构的基础性研究。论文所做的理论分析、系统搭建、计算机仿真和实验为今后的三维轮廓重构方面的进一步研究提供了有益的帮助和借鉴。
杨林[7]2009年在《手持式结构光三维物体表面轮廓测量方法研究》文中研究指明随着科学技术的发展,智能化、非接触式三维测量方法的研究得到了人们广泛地重视。激光结构光三维测量技术日趋成熟,但由于其具有高精度的机械驱动装置,使成本大为提高,对于普及和应用带来了一定的困难。本文针对上述问题开展了利用手持结构光激光器进行三维测量方法的研究,该研究取消了精密的机械装置,使制造成本大为降低。本文针对手持式结构光用于物体三维表面轮廓测量中的关键技术问题及光学三维测量的基本原理进行了深入的研究和探讨,其主要研究工作如下:(1)研究了无机械传动装置,采用手持激光器测量物体表面轮廓的测量原理及系统,该系统基于线结构光测量原理,采用了视频采集和一次扫描即可完成被测物体表面轮廓数据的测量方法,有效地减小了结构光测量方法固有的光条遮挡问题。(2)针对所研究三维测量系统的特点,提出了一种操作简便实用的激光平面标定方法,标定过程仅需两块靶标(辅助平面),即可完成激光平面的动态标定。(3)针对本文的测量方法,实现了移动结构光激光器与摄像机对物体表面轮廓的三维测量过程,并实现了对三维物体表面轮廓数据的拼接。(4)根据测量系统的工作原理,用Matlab开发了软件系统的各个功能模块。测量实验证明:利用该方法实现的测量系统各项性能指标满足设计要求。(5)分析了影响本测量系统精度的主要原因及提高精度的相关策略。
武彦林[8]2016年在《基于移动DLP光栅面扫描的大物体表面三维重构》文中进行了进一步梳理随着工业现代化进程的发展,制造业水平得到大幅提升,制造业对于空间三维信息的获取成为发展的趋势。结构光三维测量方法因其非接触性、速度快、测量范围广、测量精度高的特点,在工业生产、文物保护、逆向工程、医疗诊断等领域得到了广泛的应用,是最具有发展和应用潜力的非接触式三维测量方法。本文设计和实现了两套结构光三维重构系统。第一套结构光三维重构系统是基于局部单应性原理的系统标定和采用完整正反格雷码编码策略实现的,第二套结构光三维重构系统是基于径向基础矩阵分解的系统自标定和采用完整正反格雷码结合八步相移法的编码策略实现的。研究对象主要是复杂金属工件和柔性袋装米。重点研究了系统标定、编码解码策略、解码有效区域提取、点云感兴趣区域提取、点云去噪、精简、拼接、局部点云补齐、柔性袋装米的体积和表面积计算等方面内容。首先介绍结构光三维重构系统组成,推导计算被测物体空间三维坐标的过程,重点研究系统标定,实验比较常用系统标定方法与本文实现的基于局部单应性原理的系统标定和基于径向基础矩阵分解的系统自标定方法的效果。在编码解码策略方面,重点研究本文采用的完整正反格雷码法和完整正反格雷码法结合八步相移法。在提取解码有效区域方面,重点研究基于光分量判别的有效区域提取策略。在三维点云获取方面,通过两套系统分别获取复杂金属工件点云,进行效果对比。在点云处理方面,提出将三维点云通过透视投影变换到二维图像空间,在二维图像空间选取感兴趣区域,相应地对原三维点云进行操作。为了获取复杂金属工件整体模型,本文通过多视拼接方法从多个不同角度获取的三维点云进行拼接,得到复杂金属工件整体点云。本文提出局部点云补齐的方法对柔性袋装米三维点云进行处理,获得柔性袋装米整体点云。最后讨论各种点云体积和表面积算法,分别计算柔性袋装米三维点云体积和表面积,选取最佳体积和表面积算法,设计实验进一步验证稳定性。通过实验证明本文结构光三维重构系统测量精度高、稳定性强、操作灵活、成本低廉,能够提供较为全面的信息给堆垛机器人。
杨海民[9]2006年在《基于光栅投影法三维照相系统的研究》文中提出在工业上,非接触式三维测量通常采用“激光扫描+CCD”的模式进行,对测量对象可以采用各种功率的激光进行扫描,并允许任意长时间的扫描测量。从三维测量的结果来看,工业三维测量只要能够得到精确的实物三维信息即可,对测量结果的视觉效果要求不高。然而,如果人像的三维测量也采用“激光扫描+CCD”的测量模式,一旦激光的功率稍大,直接射入人眼时便有可能对人眼产生严重伤害,故人像的三维测量不宜采用激光。再有,人像的三维测量不仅要考虑其测量的精度,而且还要考虑测量结果的观赏性和艺术性,即根据人像测量数据进行三维重建,并由几何模型生成激光内雕刻点,再将这些人像的内雕刻点雕刻在水晶玻璃内部时,所表达的人像必须形神兼备。本文即是在该思想的指导下,开展人像三维照相技术研究的。首先,本文根据光切法三维测量原理,通过理论研究和大量的实验,提出了光栅投影式视觉三维测量方法;文中作者以所开发的主要由光栅投影仪和数码相机构建的人像三维测量系统为例,介绍了光栅投影式三维测量技术。其次,针对本文开发的三维测量系统,设计了图像摄取的光照控制电路。在系统摄取数字图像时,控制电路根据数字相机控制信号,实现了对投影仪内置投影灯和外置摄影照明灯进行时序控制。再次,作为三维照相技术的基础,本文介绍了光栅投影式三维照相系统的各项系统参数的标定方法。详细介绍了光栅投影仪(结构光平面)的参数标定技术,并在数码相机和光栅投影仪两者标定的基础上进行了有益的改进,建立了一种精确的三维照相系统的参数标定模型,设计了完整的系统标定方案。最后,本文介绍了光栅投影式三维照相系统的三维测量软件平台及其相关操作过程。三维测量软件凭借其强大的三维数据处理功能,对测量得到的三维点进行优化处理,得到激光雕刻系统可以直接使用的人物面部三维点群数据。激光雕刻系统可以将人脸的三维图像栩栩如生地雕刻在水晶玻璃内部。
常文慧[10]2013年在《基于计算机视觉的三维轮廓重建》文中研究表明医学影像技术在社会医疗中占有重要的位置，它为医生正确诊断病情提供了可靠的依据，其中扩散光成像技术中的近红外扩散光层析成像技术(NIR-DOT)是一种理想的、无损的生物体检测技术，可为病人及早发现病情并进行治疗提供有力的帮助。然而在该技术中，构建被研究生物结构轮廓的几何模型是需解决的关键环节之一，它对生物体内异质体探测的精度有着直接的影响。目前，随着科学技术的飞速发展，激光结构光三维测量技术的日趋成熟，智能化、非接触式三维测量方法的研究逐渐得到人们的重视，但由于其具有高精度的机械驱动装置，使得成本大为提高，对于该技术的普及和应用带来一定的困难。针对上述问题，本文利用计算机视觉的相关技术对不规则凸体进行了三维轮廓的构建，并以其重构模型对人体轮廓进行模拟，通过研究一套快速、稳定、自动的医学三维轮廓重构方案为扩散光组织功能成像的进一步深入研究奠定基础。本课题的主要研究工作如下：(1)对基于线结构光三维测量系统的测量原理、结构及测量方法进行研究，针对课题的应用背景，选择合理的三维测量系统设计方案，并通过对摄像机内外参数及线结构光平面的标定完成整个系统的参数设置，为进一步的测量打下基础。(2)针对本文的测量方法，实现了单视角下利用步进电机带动线激光器对物体表面轮廓的三维测量，并通过手动旋转平台获得多个视角下目标物体表面轮廓的点云信息。(3)对点云视图的两两配准方法进行了分析及实现，同时针对传统方法在该课题应用中存在的问题，提出了改进后的方法——点激光标识点法，通过对改进后的方法进行实物验证，并将其与传统方法的结果进行对比，结果表明：在本课题的应用环境下，改进后的方法所具有的优势。最终课题利用多视图的配准方法进行了实物测量,并对出现误差的可能原因及解决方案进行了分析。(4)依据测量系统的工作原理及流程，利用VC++6.0结合OPENCV及OPENGL开发了软件系统的各个功能模块。
参考文献：
[1]. 旋转式三维物体测量系统及重构方法的研究[D]. 李海岩. 天津轻工业学院. 2000
[2]. 微小物体光栅投影三维测量系统的关键技术研究[D]. 孔玮琦. 东南大学. 2017
[3]. 基于结构光的旋转式物体三维重构[D]. 罗志升. 西南交通大学. 2010
[4]. 基于摄像机—投影仪系统的三维重构技术研究[D]. 郭龙强. 大连理工大学. 2013
[5]. 基于车载激光扫描数据的建筑物特征提取研究[D]. 吴芬芳. 武汉大学. 2005
[6]. 基于光栅投影方法的物体三维轮廓重构[D]. 纪文丽. 大连理工大学. 2007
[7]. 手持式结构光三维物体表面轮廓测量方法研究[D]. 杨林. 天津科技大学. 2009
[8]. 基于移动DLP光栅面扫描的大物体表面三维重构[D]. 武彦林. 华南理工大学. 2016
[9]. 基于光栅投影法三维照相系统的研究[D]. 杨海民. 华中科技大学. 2006
[10]. 基于计算机视觉的三维轮廓重建[D]. 常文慧. 北京工业大学. 2013
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