基于Hilbert变换的条纹-灰度线性投影三维测量

针对传统的条纹投影测量中绝对相位求解方法存在投影图像数量较多以及算法复杂程度高的问题,提出了一种基于Hilbert变换的条纹-灰度线性投影策略及相位求解方法,该方法仅使用3幅投影图像——1幅高频条纹图和2幅灰度线性变化图,通过Hilbert变换求得包裹相位,采用灰度线性变化图像得到基础相位,联立包裹相位和基础相位可得到条纹级数,进而得到绝对相位。通过构建的主动双目系统得到的三维重构结果发现,该方法可以有效恢复被测物体的三维形状,测量精度可达0.1 mm。

基于三维小波变换的高光谱图像分类算法

针对如何充分利用空间特征来达到较高的高光谱图像分类精度的问题,提出了一种基于三维离散小波变换(3D-DWT)与随机补丁网络(RPNet)结合的高光谱图像的地物属性分类算法。在分类过程中,综合3D-DWT提取的特征和RPNet深度学习框架提取的特征,利用支持向量机(SVM)对特征向量进行分类。所提出的方法在Indian Pines和University of Pavia两个数据集上进行测试,结果表明该方法比现有方法有显著的分类性能的提高。

Mojette变换层析技术中的投影角度布局方法

Mojette变换是一种最小冗余采样的离散Radon变换,能够用较少角度的投影数据进行精确的计算层析(computed tomography,CT)重建,为少量投影角度CT技术的实现提供了一种新思路.投影角度的空间布局决定了层析重建最少所需投影的数量.为了获得Mojette变换层析技术中的最优投影空间角度布局方案,本文对三维Mojette变换数学模型及其精确重建条件进行了研究.以此为基础,在考虑实际探测器像素数目受限的条件下,提出了确定最优投影角度的方法.研究结果表明:所有探测器围绕被测物体在同一水平面内进行平行投影采集是最优的投影角度布局方案,此时投影模型为二维Mojette变换,所需的投影角度和探测器像素数最少,投影角度范围最小;若在实际的测量中该投影条件无法满足,则投影矢量中|pi|和|qi|的值越小越好.该研究可为实际层析系统的建立提供理论基础.

基于Mojette变换的多描述编码

本文利用Mojette变换实现了一种图像多描述编码方法.Mojette变换是一种离散投影变换,它的各个投影之间是相互独立的,任一组的投影数据可以被另一组所替换.利用这个特性,我们可以方便地控制冗余度来构成多描述码流,并且构造出来的多描述码流不局限于二信道多描述系统,可以任意扩展到多个描述码流的系统.实验证明,这种多描述编码方法实现简单,并且能够获得较好的抗误码性能.

Mojette变换及其应用

Mojette变换是一种冗余变换,它可以将离散信号表示成有限个超平面的集合。根据这种冗余变换的多个投影之间具有相互独立的特性,可以对变换后的投影个数、投影角度、投影因子进行任意变化,来控制冗余度的大小。分析了Mojette变换的基本原理与变换的特点,并对Mojette变换在图像处理中的应用进行了详细讨论。分析表明,Mojette变换可以应用到图像抗误码传输、图像纹理特征分析、图像信息隐藏等方面,并具有良好的效果。

Mojette变换稀疏采样发射层析成像理论研究

为了利用较少投影角度的发射层析技术实现燃烧场的高质量三维成像,文中提出一种基于Mojette变换的稀疏采样层析重建方法,以减少重建迭代次数为原则确定出最优投影矢量,结合代数迭代算法进行层析重建,提高重建算法的抗噪声性能。通过建立两种投影之间的关系模型将Radon变换投影转换为Mojette变换投影,将Mojette变换应用于实际的燃烧场重建。数值模拟和实验结果表明:利用8个特定方向的投影可以实现被测物体的高质量重建,且具有较强的抗噪性能和更高的重建效率。该方法可以为投影角度受限的燃烧场三维成像技术提供理论和实验参考。

任意起伏地形下重力异常三维正演及并行计算

为了进一步提高空间-波数域三维重力异常正演算法的适用范围和计算效率,本文采用任意傅里叶变换算法实现了空间-波数域三维重力异常正演,且在NVIDIA CUDA平台上进行CPU-GPU并行加速.任意傅里叶变换算法的基本思想是将二维傅里叶变换转化为两个一维傅里叶变换,一维傅里叶变换积分离散为多个单元积分累加和,离散单元中原函数采用二次插值形函数拟合,求出单元积分的解析表达式.相比现有的傅里叶变换算法,新方法具有采样灵活、积分精度高、计算速度快和傅里叶变换的截断效应小等优势.利用空间-波数域算法的高度并行性,采用CPU并行求解常微分方程,GPU并行计算任意傅里叶变换,实现了CPU-GPU并行加速方案,进一步提升了本文算法效率.利用常密度模型,对比数值解和解析解,结果表明本文算法正确;利用变密度模型对比了任意傅里叶变换算法与高斯快速傅里叶变换算法的计算效率与精度,在相近的数值精度下,本文算法波数选取少,效率高;测试CPU-GPU并行效果,结果表明相比CPU串行算法,CPU-GPU并行算法的计算效率大大提升,千万数量级节点数模型正演仅耗时数秒.最后利用实际地形数据进行三维重力异常场数值模拟,证明了新方法的高效性与实用性,对实现大规模复杂条件下重力异常精细化反演成像与综合解释有重要意义.

自适应地平线约束下的车辆三维检测

目前较为常用的基于单目视觉的车辆三维检测方法是目标检测结合几何约束的方法,但是几何约束中消失点的位置对结果影响很大。为了获取更加准确的约束条件,提出一种基于地平线检测的车辆三维检测算法。首先,利用车辆图片获取消失点的相对位置,将车辆图片预处理至合适大小;然后,将经过预处理的车辆图片送入消失点检测网络,获得消失点信息热力图组,回归出消失点信息,并计算得出地平线信息;最后,根据地平线信息构建几何约束,在约束空间内对车辆初始尺寸迭代优化计算精确的车辆三维信息。实验结果表明,所述地平线求解算法能够获得更准确的地平线,与随机森林的方法相比,曲线下面积(AUC)提升1.730个百分点;同时,所提地平线约束能够有效地限制车辆三维信息,与使用对角线和消失点约束的算法相比,车辆三维信息的平均精度提升2.201个百分点。可见地平线可以作为几何约束在路侧单目相机的场景下求解车辆三维信息。

基于间接热力学方法的变换应力方法推导

金属等没有剪胀性的连续材料在根据试验结果建立屈服函数后,可以由Drucker公设及其相关联流动法则推论直接唯一地确定出与屈服函数一致的塑性势函数。但大量试验结果与理论分析都表明Drucker公设对于土材料这种有剪胀性的颗粒材料并不适用,所以更具普适性的热力学成了正确描述土材料塑性流动方向的必要条件。然而塑性流动方向无法只由热力学这一描述材料特性的必要条件唯一地确定,因此便出现了先由试验确定屈服面与塑性流动方向再对其进行热力学验证的间接热力学方法。此外,由于土材料在三维应力空间中不同洛德角对应子午面上的应力应变规律并不一致,因此一般会通过三维化方法来描述土材料在三维应力空间中的力学特性。三维化方法会使得不同子午面上的屈服面及塑性流动方向与三轴压缩状态下所建立的本构模型有所不同,导致三维化后的本构模型是否符合热力学原理成为新的问题。所以本文利用间接热力学方法推导了符合热力学原理的三维化方法,并通过构建变换应力空间将其整理为更有实用性的变换应力方法。

基于相移的三维扫描数据自动配准方法研究

在三维扫描过程中,常因受到设备自身因素与点云丢失的限制而难以一次性完成数据采集。为准确实现物体三维模型重构,提出基于相移的三维扫描数据自动配准方法。首先设置旋转台,利用非接触式结构光方法获得转动轴的有关信息,从而采集目标点云数据。在此基础上,结合任意一点与其周围点曲率信息建立曲率图,对全部顶点做曲率运算,将数据划分为连续子块,计算每个子块中平均值和方差,从而提取关键特征点。然后获取两幅具有部分重叠关系图像的相对位移,采用交叉功率谱的傅里叶变换完成位移估计,再通过构造与组合点对、粗略与精确配准去除噪声点,实现三维扫描数据自动配准。仿真实验表明,该方法能够在确保配准精度的同时提高配准方法的运行效率,可靠性和实用性较强。

三维投影变换辅助的云游戏编码优化算法

针对传统视频压缩技术无法对云游戏视频中复杂的全局相机旋转以及剧烈变化的大范围运动进行很好的运动估计与补偿的问题,提出了一种三维投影变换辅助的编码优化算法,以提高云游戏视频的编码效率。分析了三维游戏场景下一点投影到二维平面的详细空间变换过程,在此基础上通过建立约束进行最优化估计构建了虚拟相机的内参估计算法。利用估计的内参,结合相机运动信息,基于图像单应性理论生成了与待编码帧平行的辅助参考帧,利用其更新参考帧列表参与编码。由于生成的辅助参考帧与待编码帧之间只有平移运动,所以更有利于传统的运动估计和补偿。实验结果表明:与原始的高效视频编码(HEVC)相比,所提算法在云游戏视频上可以实现平均8.14%的BD-rate增益,一定程度上缓解了云游戏对网络带宽的高需求;特别地,在仅有相机旋转的情况下,BD-rate可达-24.68%,同时编码时间平均缩短5.34%;与HEVC-SCC相比,所提算法的BD-rate性能增益超过20%。

基于L1+L2混合范数频域三维重力场反演方法

三维重力反演被广泛应用于矿产资源勘探和深部密度结构研究,然而传统空间域三维重力场反演方法存在着深度分辨率低、多解性强和计算效率低的问题,影响了地质解释的准确性和可信度.本文针对上述不足,提出基于混合范数正则化约束的频域三维重力场反演方法.首先构建基于深度加权和L1+L2混合范数的模型目标函数.并在反演迭代过程中,采用频域三维重力场正演方法更新模型,将传统空间域三维重力场反演中稠密雅可比矩阵的存储和计算等问题转化为频域正演,大幅度降低内存占用.此外使用高精度高斯型数值积分代替传统快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法中的矩形积分,以保证频域正演方法的计算精度.模型试验表明,相比于传统空间域基于L2范数光滑约束反演方法以及基于L1范数聚焦反演方法,本文反演方法能有效降低三维重力反演的"趋肤效应"和拖尾现象,能恢复出更复杂地质模型,且反演结果更接近真实模型.最后将该方法应用到加拿大魁北克省诺兰达市的Mobrun硫化物矿体三维密度成像,结果显示该矿体深度范围约15~170 m,与前人钻井数据所得深度范围一致,证明了方法的有效性.

基于Mojette变换的倾斜文本图像方向校正

文本文件的扫描图像在现实中几乎无处不在,文中将Mojette变换引入扫描文本图像使用前的方向校正,目的是为方便人们对扫描文本图像的使用。霍夫变换和矩形框调整算法是目前最常用的方向校正算法,但这些算法存在计算复杂度高和适应度差的缺点。文中方法是利用文字成行的特点,通过计算文字走向得到图像倾斜角,进而对图像进行校正。选择不同角度的倾斜图片进行了实验,均检测出文字走向,并成功校正图像。实验结果表明,该算法计算量小,适应度强,比较适合文本图像的方向校正。

基于双目立体视觉的连铸辊尺寸三维测量方法

针对连铸车间中,扇形段连铸辊尺寸人工测量效率低下的问题,提出了一种基于双目视觉系统的连铸辊尺寸测量方法。首先,对双目相机采集的图像进行预处理并采用Otsu法分割工件前后背景;接着,针对边缘检测精度不高的问题,将传统Canny边缘检测算法的梯度模板增加到8个以提取工件轮廓,结合多项式插值公式提取亚像素级别特征点;然后,在SAD与Census变换融合的立体匹配基础上引入RANSAC算法来消除错误匹配;最后,采用三角测量原理计算出零件的尺寸。实验结果表明,系统测量的平均相对误差为0.14%,测量方法具有较高的精度,其稳定性与精确性满足连铸辊的尺寸自动检测任务。

基于希尔伯特变换的三频三步相移结构光三维重建方法

在光学三维重建技术中,当投影仪以恒定的投影速率工作时,减少投影条纹图案的数量是减少投影时间的有效方法。为了提高物体形貌的三维重建的速度,我们提出了基于希尔伯特变换的三频三步相移结构光三维重建方法。我们对最高频率的条纹投影三个条纹图案,条纹之间的相移设计为3π/2,其余两个频率的条纹分别投影一个条纹图案。利用其余两个频率的投影的条纹和背景光强图像获取余弦分量,希尔伯特变换将余弦分量与冲击响应进行卷积,在频率和幅度保持不变的前提下将相位移动π/2。为了提高该方法的准确性和鲁棒性,我们采用了三频外差法来进行相位展开。实验结果表明:该方法在对高精度标准球重建时精度为0.0399 mm,重建精度较高。投影条纹图片由传统的9幅缩减到了5幅,提高了投影效率。

基于视觉传达技术的激光三维图像虚拟重建方法

为了提升激光三维图像虚拟重建效果,提出了基于视觉传达技术的激光三维图像虚拟重建方法。获取激光三维图像的纹理特征值,采集到激光三维图像,提取激光三维图像重建特征;融合频率域特征和纹理特征,得到激光三维图像多特征数据集以及激光三维图像多特征数据集内坏特征,设计多特征融合的步骤;根据多特征融合结果,得到三维特定激光三维图像模型,实现激光三维图像虚拟重建结果。实验结果证明:该系统可有效解决了激光三维图像重建难题,当遮挡比例为18%时,尺度不变深度误差值与平均角度误差值均达到最大,最大值均未超过设置阈值,本方法结构相似度在90%以上,重建精度较高,可以实现激光三维图像高精度虚拟重建。

一种改进的三维空间中基于随机Hough变换的航迹起始方法

针对三维空间中的强杂波环境和目标低概率截获情况,现有的顺序数据处理方法和批数据处理方法均无法做到没有虚假航迹且能准确起始正确航迹,文章提出一种改进后的基于随机Hough变换的新方法,用于三维空间中的航迹起始。在传统二维Hough变换的基础上,该方法将参数空间扩展到三维,并利用速度门限和周期时序特性进行关联。仿真结果表明,其算法能有效解决强杂波、低截获环境下的三维航迹起始问题。

定向钻孔群轨迹三维呈现方法及软件开发

为加强煤矿地质直观展示方式,实现对煤矿井下钻孔群的可视化展现和辅助数据分析,探讨了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现技术的主要实现步骤,阐述了各步骤中的核心方法和关键技术;设计了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现软件并展示了其主要功能、数据流、逻辑框图等,基于C#和WPF编程开发了对应软件并展示了部分三维可视化效果。

希尔伯特变换结合格雷码的相位展开方法

传统的格雷码辅助四步相移相位展开方法需要投影四幅条纹图形,而且受到环境噪声和投影离焦等因素影响导致重建精度不高。为了提高三维重建的效率和精度,提出了一种希尔伯特变换与格雷码相结合的相位展开方法。首先,利用采集到的正弦条纹图像和背景光强图像获取余弦分量。然后采用希尔伯特变换将余弦分量与冲击响应进行卷积。在原始频率和幅度保持不变的前提下将相位移动π/2。最后,利用格雷码解码得到的相位级次来求解被测物体的绝对相位。此外,采用三分相位展开法来消除格雷码解相位过程中产生的边缘跳变误差。实验结果表明:该方法在对高精度标准球重建时精度为0.045 mm,重建精度较高。投影条纹图片由四幅缩减到了两幅,提高了投影效率。

基于正则化SVD算法的660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建

针对现有加热炉炉膛内三维温度场重建方法存在的重建误差较大、重建消耗时间较长的问题,提出基于正则化SVD算法的660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建方法。根据人眼视觉二维图像特征点提取原理,提取温度场立体图像特征点;利用小波变换方法计算子线段端点,获取特征点匹配结果;通过声学测温方法以及射线成像理论,重建声波传播速度分布形式,凭借正则化SVD算法构建声学测量系统模型,对声波飞行值进行修正,结合特征点匹配结果和对称轴,得到实现660MW机组煤粉加热炉炉膛三维温度场重建。实验结果表明,所提方法的最低AER、MER、RMSE分别为4.11、0.98、1.21,重建时间始终保持在0.6s以内,重建误差较小、重建消耗时间较短,抗噪声能力强,温度场重建效果好。