Calibration for 3D Structured Light Measurement

A calibration procedure was developed for three-dimensional(3D) binocular structured light measurement systems. In virtue of a specially designed pattern, matching points in stereo images are extracted. And then sufficient 3D space points are obtained through pairs of images with the intrinsic and extrinsic parameters of each camera estimated prior and consequently some lights are calibrated by means of multi point fitting. Finally, a mathematical model is applied to interpolate and approximate all dynamic scanning lights based on geometry. The process of calibration method is successfully used in the binocular 3D measurement system based on structured lights and the 3D reconstruction results are satisfying.

Development of an In-Situ Laser Machining System Using a Three-Dimensional Galvanometer Scanner

In this study, a three-dimensional (3D) in-situ laser machining system integrating laser measurement and machining was built using a 3D galvanometer scanner equipped with a side-axis industrial camera. A line structured light measurement model based on a galvanometer scanner was proposed to obtain the 3D information of the workpiece. A height calibration method was proposed to further ensure measurement accuracy, so as to achieve accurate laser focusing. In-situ machining software was developed to realize time-saving and labor-saving 3D laser processing. The feasibility and practicability of this in-situ laser machining system were verified using specific cases. In comparison with the conventional line structured light measurement method, the proposed methods do not require light plane calibration, and do not need additional motion axes for 3D reconstruction;thus they provide technical and cost advantages. The insitu laser machining system realizes a simple operation process by integrating measurement and machining,which greatly reduces labor and time costs.

基于事件相机传感器的时序编码结构光系统设计

结构光技术是一种非接触式的光学三维成像技术,通过测量投影图案在物体表面发生的形变,可以还原物体的三维特征信息。然而,目前已有的结构光系统设计方案存在算法复杂和帧率低的问题。为解决这些问题,提出了一种基于事件相机传感器的时序编码结构光系统。采用DLP(digital light projector,数字光投影仪)投影明暗交替的时序编码散斑图案,并利用事件相机传感器进行高速采集。通过对投影的散斑图案进行时序编码,就可以用散斑点搜索的方法代替复杂的空间匹配,从而降低结构光系统的算法复杂度。通过对散斑点的对应关系进行分析,最终恢复出空间物体表面的三维信息。经过实验验证,系统的采集帧率可达66.7 frame/s,且相对于传统方案,算法复杂度显著降低,测量精度可达毫米级。实验证明本文设计的时序编码结构光系统可以高速、低功耗地对实际场景进行三维重建。

某2号综合楼结构抗震超限分析

某2号综合楼为钢筋混凝土框架-剪力墙结构。因二层多功能厅需要大空间,在三层楼板设置大开洞,在四层楼面处设置转换框架;结构竖向有两次体型收进,结构不规则项较多,属于超限高层,需对该楼进行抗震超限设计。对整体结构进行了小震弹性分析,采用两套软件进行对比计算,相互校核,并且采用弹性时程分析法进行补充计算,确保结构计算的准确性。对设防地震和罕遇地震时关键构件的各项验算,除保证在多遇地震时结构完全处于弹性状态外,还通过专项分析及采取加强措施后,使抗震设计达到应有的性能目标,确保结构的安全可靠。

基于结构光点云的变形测量方法研究

针对结构变形测量需求,提出一种基于结构光点云的变形测量方法。搭建了结构光相机测量系统,基于投影仪逆向相机的假设并借助棋盘格标定板完成了系统标定。采用格雷码辅助的四步相移技术设计投影仪投射的图案,并利用标定的系统参数,完成待测物表面的三维重建,获得结构表面点云。提出基于点云间距离计算结果的结构变形分析方法,并分析比较了基于点到点、点到面和面到面3种点云距离计算方法原理。通过实验验证了所提基于结构光点云的变形测量方法的可行性和精度,实验结果表明,该方法可以实现结构离面位移的高精度测量。

商业综合体武汉梦时代广场结构设计

武汉梦时代广场地上结构通过设置三道防震缝分为A区、B区、C1~C2区、C3区四个部分,其中A区、B区和C1~C2区均属于特别不规则的超限高层建筑。对超限结构进行了小震、中震和大震作用下的计算分析,结果表明整体结构均能满足预设的抗震性能目标。阐述了结构设计中遇到的超长混凝土结构、罕遇地震作用下剪力墙损伤严重、建筑高度判定、跃层柱稳定分析等难点。通过分析各区混凝土屋面以上结构的质量对下部结构地震剪力的影响,对各区的结构高度进行了合理判定。通过楼板温度应力分析及跃层柱的屈曲稳定分析,得出如下结论:楼板设计时应根据温度应力分析结果进行针对性加强,跃层柱稳定承载力满足要求。

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在(π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。

基于格雷码-相移的双目三维测量方法研究

本文采用格雷码-相移组合的结构光,结合双目立体视觉技术,研究了三维表面测量方法.三维测量精度主要取决于格雷码-相移的解码精度,由于物体表面反射率不一致,不同区域又会相互反射,一般的阈值分割无法得到准确的二值化条纹图.因此在投射格雷码条纹图案基础上,再投射一组格雷码反码条纹图案.针对格雷码-相移解码过程中的周期错位问题,提出一种新的校正方法.将文中三维测量方法应用在人眼石膏模型的表面测量实验中,重建结果验证该方法的准确性和可靠性.

格雷码与相移结合的结构光三维测量技术研究

为了准确地获取投射光的投射角,本文引入了格雷码与相移结合的编码解码方法,该方法可对投射角空间进行连续划分.给出了针对本测量系统的相移投射图案及相位公式,再将该相位与采样点对应的格雷码结合可得到绝对相位,并给出了绝对相位到投射角的转换公式,从而确定采样点的投射角.本文还分析和解决了解码过程中存在的格雷码和相移周期错位问题,最后给出了重构仿真实验结果.

用构造光系统实现3-D形貌测量的研究

介绍了一个用构造空间二进制编码进行非接触３Ｄ形貌测量的系统。它以一台ＬＣＤ投影仪为硬件基础，用８幅条纹投影图案对被测物体表面进行空间编码。用ＣＣＤ摄像机获取物体编码信息，用基于单一像素的三角法原理从摄像机图像中获取三维形貌数据。指出了二进制编码图案生成软件及其生成的条纹图案的特点。为了提高３Ｄ形貌测量的精度，分析了由摄像机和投影仪镜头造成的误差，建立了它们的透镜误差矫正公式，并取得了良好的实验结果。

双向扫描投影双目结构光编码设计

传统的格雷码编码方式,由于全亮和全暗投影条纹的影响不能获得很好的重构效果。结合双目结构光重构表达式对传统的格雷码编码方式进行了改进,提出了双向扫描的lemming编码形式。首先,根据双目结构光的原理给出了左、右摄像机对物体重构的世界坐标表达式。接着,对传统的格雷码进行了分析,针对传统格雷码中在全亮条纹和全暗条纹处对被测物体不能很好识别的情况,提出了双向扫描lemming方法。此种编码方式保留了传统格雷码相邻区间编码只有一位不同的特性,消除了传统格雷码在全亮条纹和全暗条纹处对被测物体不能识别的情况,并采用投影图案的双向扫描方式,受环境背景噪声干扰小。最后,实验结果表明该方法具有更好的物体重构效果和更强的抗噪声能力。

基于Gray码和线移条纹的结构光3D测量技术

结构光3D测量的关键问题之一是准确地确定图像采样点并求其投射角。提出一种以时序向被测表面投射Gray码和线移条纹进行编码,以亚像素定位技术提取Gray码条纹边缘和线移条纹中心,将其上点作为图像采样点进行解码的方法。消除了Gray码固有的一位解码误差对投射角求取的影响,同时提高了采样密度。文中具体介绍该方法的编码解码原理,分析了编码图案正交投射对测量准确度的影响,给出了仿真实验结果。测量误差约为0.04%。

空间编码高速三维轮廓测量技术—原理和方法

给出了一种用于机器人视觉系统或物体三维形面测量中的结构光空间编码测量技术。它的测量原理虽然与结构光三角测量原理类似，但它克服了三角法中获取图像和处理时间较长的缺点。本文着重论述其测量编码原理，并以计算机图形学为基础讨论、推导得到其计算方程组。

高采样密度彩色结构光三维测量技术仿真研究

提出一种应用于结构光三维测量系统的高采样密度编解码方法。编码时将红蓝条纹按格雷码方式编排,并在每相邻红蓝条纹之间用绿条纹加以分隔。解码时提取绿条纹中心及其左右边界,使得系统的采样密度提高近一倍。介绍了该编码方法的编解码原理,给出了彩色条纹分割方法、绿条纹中心及边界的亚像素定位方法,仿真实验结果表明测量最大相对误差小于0.07%。

基于条纹边缘解码的结构光三维测量技术

基于结构光的三维视觉测量关键问题之一就是如何准确地获取投射光的投射角。本文结合三角法公式提出了基于Gray码边缘编码解码的投射角求取方法。该方法采用等宽Gray码条纹进行编码,采用一种基于边缘导向的亚像素定位技术提取条纹边缘,用其上象素点进行解码,消除了Gray码固有的一位解码误差,同时将图像采样点定位准确度和图像采样点与物面采样点的对应准确度提高到亚像素级。此外,分析了等宽编码条纹对投射角划分不平均导致的测量误差,并加以修正。最后,利用3dsmax、Matlab软件仿真了测量系统,重构出被测表面。实验结果表明,测量误差约为0 .05 %。

空间编码与灰度投影相结合实现高效3-D形貌测量的研究

介绍了一种结合空间编码与灰度投影来实现高效三维形貌测量的方法。用空间编码完成对被测空间的粗略编码，用灰度投影完成精确编码，将它们结合起来得到被测物体表面丰富的编码信息，作为一种基于三角法的三维形貌测量方法，能够在物体表面非常不连续和外部光照造成的背景光强分布不确定的情况下工作良好。同时，与传统的空间编码方法相比，它大大提高了空间编码的效率。实验表明，该方法用５ 幅图像取得了与灰度码１０幅图像相当的测量结果。

分区域Gamma预编码校正的相位误差补偿

针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma非线性畸变值分布差异,从而导致相位误差问题,提出了一种自适应分区域Gamma预编码校正方法。首先,介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N步相移法。接着,分析了投影仪和相机的Gamma非线性畸变对光栅正弦性的影响以及预编码校正方法。然后,在获取Gamma值分布规律的基础上,根据Gamma值的变化与相位误差的关系确定分区域阈值大小。最后,根据确定的阈值对测量视场进行区域划分,获取各区域Gamma值,并对标准白板和汽车挡泥板进行了实际测量。实验结果表明:本文方法比相同条件下采用单一Gamma值预编码校正方法在相位误差的补偿精度上提高了约30%,在三维数据的测量精度上提高了约15%。该方法能更好地减小相位误差,提高结构光视觉测量系统的精度。

基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作为一种结构光,可以直接用来调制被测面形高度分布,也可以用来辅助其他结构光的信息获取和计算,最终达到三维成像的目的。文中概述了基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术,回顾了不同种类方法的基本原理以及研究进展,给出了课题组相关方向上的原理及应用研究结果,分析了格雷码二值图案在三维面形测量应用中的优缺点和适用范围,并指出了该领域今后的发展动向。

基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法

为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法。这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系。特点之二是相邻条纹之间具有最大色差,因而具有最大可区分性。将得到的彩色组合条纹投影到物体表面得到变形条纹,通过计算各种颜色条纹相对参考平面上条纹移动的距离,可以恢复出物体的高度。实验证明,该方法需要获取的图像少、计算时间少、精度较高,具有很强的抗干扰能力。

运用LCD条纹投影进行光学三维轮廓测量

基于LCD条纹投影技术提出了一种新型实用的三维轮廓测量系统。由于对投影系统至今还没有完整的数学描述,故先从小孔成像理论推导出一种线性隐式模型。提出了一种可靠的格雷码-相移组合编码方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误提出了一种码值修正算法,增强了测量系统的稳定性。最后分别对人面部和叶轮模型进行测量试验,结果表明,该系统工作稳定、精度高,单视角测量点数为130万,测量范围为400 mm×360 mm,水平测量点距为0.5 mm。