Structured Light 3D Vision Based on Laser Scanning Space-encoding and Its Synchro Control

This paper presents the principle and mathematic model for the 3D depth map method based on space encoding images performed by modulating scanning structuredlight according to time sequences,and the synchro control among the camera,laser diode modulation and scanning polyhedron.

基于线结构光的大型构件表面尺寸加工质量检测方法

针对大型构件表面尺寸加工质量的高精度三维检测的需求,设计了一套主动式线结构光旋转扫描检测系统.采用相机主动式旋转扫描,适用于不方便移动且跨距大、特征多的大型构件检测.提出了一种新的系统旋转中心快速标定的方法,仅需标靶上一点即可完成标定,适合大型构件检测的现场快速标定.加入编码机构,可根据被测物的特征变化动态调整扫描速度,提高了系统检测效率和通用性.所有元器件均可单独调用,保证了系统的可扩展性.改善了扫描时的串口逻辑,进一步提高了三维点云的密度.实验结果表明,本系统对标准物体的最大偏差为0.0310 mm,标准差最大为0.0150 mm,对大型构件实物的检测误差在0.05 mm以内,满足大型构件表面特征加工质量的高精度三维检测需求.

牦牛内脏器官原位整体塑化标本三维建模与可视化的研究

目的:研究基于结构光三维扫描技术制作牦牛内脏器官原位整体塑化标本的可视化三维模型方法。方法:利用生物塑化技术制作牦牛的内脏器官原位整体塑化标本,再利用结构光三维扫描技术构建出塑化后的牦牛内脏器官原位整体的彩色数字三维模型,然后构建基于互联网的webvr系统,实现虚拟数字标本的可视化展示等流程,完成牦牛内脏器官原位整体塑化标本的三维建模与可视化展示。结果:基于生物塑化技术和结构光三维扫描技术构建出来的可视化三维牦牛内脏器官原位整体塑化标本模型,能真实再现牦牛的全身各部位的肌肉层次结构和内脏的形态及位置毗邻关系,精度高、清晰度好,可以任意角度旋转和缩放,能更好地辅助教学、科研和科普等工作,为后续建立其他大型动物标本的三维数字化模型积累经验。

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

3D scanning modelling of auto parts for intelligent driving

In order to improve the accuracy of auto parts production and processing,and reduce the error of parts manufacturing,a 3D scanning modelling of auto parts for intelligent driving is designed in this paper.With the help of the structured light projection method,the auto parts image is obtained,and its horizontal axis grey value and stripe pixel value are analysed.The contour parameters are determined by k-frame strategy,and the width,length and height parameters of the external contour of vehicle parts are obtained.The basic principle of 3D scanning technology is analysed,its scanning process is designed,and the modelling of auto parts is realised with the help of 3D scanning technology.The experimental results show that the modelling method can effectively improve the machining accuracy and reduce the manufacturing error of the auto parts.

基于激光扫描的人脸三维重建方法

针对人脸三维重建,基于RGB激光扫描系统,提出了一种彩色三维重建方法。首先,以直接标定的方法,建立了数码相机采样图片的像素坐标系与世界坐标系的映射关系;利用相机拍摄的三色激光照明下的标准色板图像,标定了数码相机对三原色的感光曲线,即建立了相机三原色记录值与标准值之间的关系。然后,以人脸为目标,提出了从获取扫描数据到进行三维重建的完整方法。最后,经迭代法匹配,输出为通用的三维模型格式,实现了人脸在毫米量级上的三维重建。该方法简化了标定过程,算法简单,系统造价低,可推广至各种物件的三维扫描重建。

基于红外结构光三维技术的土壤表面粗糙度测量

土壤表面粗糙度是一项重要的土壤物理参数,已有的各种测量方法存在测量效率和误差难以兼顾的问题。为了在一定精度下提高野外测量工作效率,该研究基于红外结构光技术设计了一套便携的土壤表面粗糙度测量系统。该系统主要包括红外结构光扫描仪、便携式计算机、支架等,具有3.2 mm空间分辨率和3 mm的距离分辨率的性能。通过水平面板测量试验,发现本系统相对误差较小,相对误差最小区域中0.5个测量单位以内的误差(e≤1.5 mm)占87.87%,1个测量单位以内的误差(e≤3 mm)占99.58%,而大于1个测量单位的误差仅占0.42%。通过土壤表面粗糙度测量试验,发现本系统绝对误差较明显,其测量结果低于1 mm分辨率的土壤粗糙度值。通过误差分析发现:该系统的测量误差包括固有误差和随机噪声,呈特定的规律性分布;导致绝对测量误差的主要原因为该系统的性能;由于系统的随机噪声,基于水平面板距离图像的土壤表面距离图像校正存在不确定性。该研究结果为进一步降低红外结构光三维技术测量土壤表面粗糙度的误差提供了依据。

基于激光经纬仪的结构光摄影测量原理探讨

本文为基于激光经纬仪和摄影（像）机形成的一种结构光摄影测量系统，提出了一组数学模型。所提数学模型的正确性已经实验室试验证明，从而可能为峒体一类困难目标提供一种可靠而是行的特殊摄影测量方法。本理论也可推广至任何相仿结构光的机器视觉系统中。

水下光电成像技术与装备研究进展(下)

鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求,使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。介绍了扫描激光、偏振成像、结构光成像、光-声混合成像以及水下图像处理等水下光电成像技术,分析了部分技术应用情况,并讨论了其技术特点。论文对于发展海洋资源开发、水下勘探与研究、水下救援以及国防等所需的水下光电成像技术和装置具有意义。

基于相移的彩色结构光编码三维扫描技术

在物体三维轮廓扫描中,被动式双目立体视觉方法对表面特征不明显的物体难以获取足够的三维信息,针对这一问题,基于双目立体视觉原理,结合主动视觉中结构光投射方法,提出了基于相移的彩色结构光编码方法。该方法将四种颜色按照全排列的相关性质编码产生彩色光栅投射在被测物体表面,依据光栅相位移动增大光栅密度,结合极线约束实现立体匹配,最终获取物体三维数据。结果表明使用该三维扫描技术得到的三维曲面符合原物特征,特别适用于物体三维轮廓的致密测量。

结构光投影面部三维测量系统的研制

目的研制一种适用于面部外形采集和测量的三维光学测量系统。方法基于光学三角测量原理,以白光作为光源,应用格雷码与相移组合编码的结构光投影方法,架构系统硬件。以Windows XP为平台,使用VisualC++、HOOPS等工具开发系统软件。结果建立了结构光投影面部三维测量系统。系统硬件由光栅投影单元、图像采集单元、系统控制单元和机械外观构成;系统软件由点云显示和编辑模块、系统控制模块等组成。系统光源为12V,工作距离为900mm,单视角扫描时间为5.5s,扫描场景为500mm×400mm。结论结构光投影面部三维测量系统具有外形精巧、光源安全、精确度高和测量快速等特点,可用于人体面部外形采集。

基于主成分分析的大型管道三维表面重建

针对大量的点云数据要求快速、方便且精度高的特点,在轮廓线拼接建模方法的基础上提出一种结合主成分分析的三维表面建模方法。由结构光扫描系统获得点云;通过热传导模型将点云进行片层分割并进行主成分分析,得到纬度圈,从而获得纬度圈上的所有对应点对;在相邻点对之间进行柱面插值连接,生成物体的四边形网格模型和三维表面模型。结果显示,被测管道重构表面平均误差为0.19 mm,小于采用基于轮廓线拼接方法得到模型的平均误差。结果表明,采用基于主成分分析的方法进行管道三维表面重构,其精度得到了有效地提高,满足工程测量的精度要求;同时也证明了该方法的正确性。该重构方法适用于表面是一阶连续性被测物体尺寸及变形的分析。

利用标志点多视图约束实现结构光扫描高精度粗拼接

在采用标志点拼接的结构光扫描系统中,两两相邻视图拼接存在累积误差,导致拼接精度会随拼接次数下降,为此提出一种利用标志点多视图几何约束的高精度拼接方法.首先利用两两视图拼接的方式在扫描过程中构建标志点多视图网络,并利用光束法平差技术优化多视图网络得到高精度全局控制点;在此过程中保存每个视局部坐标系下三维点云,然后将各局部坐标系下点云和全局控制点进行拼接,得到物体表面完整的三维数据.该方法克服了传统拼接过程中累积误差,提高了多视角三维扫描拼接精度;并通过实验证明了所提出算法的有效性.

基于机器视觉的激光条纹扫描系统

三维点云数据在工业、医学、测绘等领域有着广泛的应用,快速而准确获取物体的三维点云数据是三维重建、视觉测量等技术的基础,但现有三维数据获取设备存在体积庞大、价格昂贵、受环境光影响大等问题。为此,基于双目视觉原理设计并实现了一种基于双目视觉的线结构光三维扫描系统。首先,获取辅助标定点的三维信息,计算出摄像头之间的平移旋转矩阵,其次,提取激光图像的激光光条中心,再次,利用平移旋转矩阵进行立体匹配,最后,利用匹配点计算得到三维点数据。实验结果证明,本系统扫描精度较高,解决了快速获取物体表面三维点云的问题。

3DSS-Ⅱ彩色结构光扫描系统测量重建基牙预备体的可靠性和准确性研究

目的:评价3DSS-Ⅱ彩色结构光扫描系统测量并重建基牙预备体的可靠性与准确性。方法:采用3DSS-Ⅱ彩色结构光扫描系统对1、2、3、5、65颗牙的基牙预备体石膏模型进行三维测量并重建,分别利用Geomagic6.0软件和游标卡尺测量相关几何指标,应用统计分析方法,考察系统的可靠性和准确性。结果:利用3DSS-Ⅱ彩色结构光扫描系统获得了基牙预备体的三维数字化模型;每项实验中各组间数据相关性好且无明显差异(r≈1,P<0.001);以游标卡尺测量结果为标准,系统误差范围为-0.269～0.269mm。结论:3DSS-Ⅱ彩色结构光扫描系统能够完成基牙预备体的测量和重建,系统可靠性强,但其精度尚无法满足基牙预备体数字化印模的要求。

一种基于线结构光的五轴扫描测量系统

提出了一种由线结构光测头、三坐标测量机和两个数控回转工作台组成的五轴线结构光扫描测量系统。该系统通过两个回转工作台带动被测物体旋转,使线结构光测头能够测量到物体四周和顶部的各个区域。为了把从不同角度测量的数据拼合到一起,建立了数据自动拼接的数学模型,并通过测量标准球实现了对系统的标定。实验结果表明,该系统能在一次装夹下完成对复杂物体的完整测量,测量数据能自动拼合在一起,拼接精度达到了0.008mm。

三旋转自由度激光经纬仪的扫描数学模型

首先给出二旋转自由度激光经纬仪的铅垂面扫描方程和圆锥面扫描方程的推演结果 ,然后着重推演三旋转自由度激光经纬仪的扫描方程 ,其中包括绕竖轴 (主轴 )旋转生成的单叶双曲面扫描方程、绕横轴 (副轴 )旋转的单叶双曲面扫描方程以及绕视准轴 (第三轴 )旋转的给定方位的平面扫描方程。

基于多视几何的重叠点云删除算法

针对结构光拼接测量产生的大量重叠冗余点云导致后续三维建模效率低的问题,探讨了一种基于多极线约束的重叠点云删除方法。传统冗余点删除方法属于点云后处理,该方法在点云生成前,利用物点在多视图下唯一性的原理。将多视图下的摄像机外参统一到全局坐标系下,再将计算得到的三维点云进行反投影,两次物点距离大于给定阈值则保留,删除反投影残差较大点,避免冗余点的产生。实验结果表明,该方法在不降低扫描密度和精度的情况下,能保留曲率较大处表面的细节,可以有效去除拼接测量中冗余点,大大提高三维建模效率。

ATOS流动式光学扫描仪的工作原理与系统标定

介绍了ATOS流动式光学扫描仪的结构光三维扫描法工作原理和系统标定方法。仪器经标定后,通过多组固定参考点进行拟合计算,能自动拼合出被测工件的完整三维图形。

激光预扫描技术在曲焊缝跟踪中的应用

传统焊缝跟踪中的结构光技术在跟踪变曲率曲线时存在很大的导前误差,为此提出一种双线预扫描结构光技术。焊接前按照机器人轨迹规划路线预扫描,扫描时在焊枪枪尖下方增加一条激光线,用于指示导前误差并按时间序列记录下来,再在正式焊接时消除。建立了这项技术的焊缝跟踪系统和跟踪运动模型。提出了图像处理体系,综合运用中值滤波、阈值变换、细化变换与分段直线拟合等多种图像处理技术,准确地定位焊缝中心。结果表明,该技术结合焊缝图像处理体系具有很强的抗干扰能力,误差小、处理速度快,能满足实时跟踪要求。