基于条纹投影的动态三维测量技术

条纹投影三维测量技术由于具有非接触、高精度、重建效率高的优点,被广泛应用于工业制造、生物医学、虚拟现实等领域。随着该技术在其他领域中的渗透与应用,被测场景不再仅限于测量“静止不动”的物体,而是逐渐向动态过程拓展。本文分析了目前条纹投影三维测量技术在测量动态物体时面临的主要问题,从多角度概述了相关的解决方案,并结合研究现状分析了各方法的优点和局限性,探讨了该领域今后的发展动向。

动态三维测量中图像同步高速投影与采集的原理及实现

基于结构光的动态物体三维面形测量对航空航天、能源和汽车等领域的科学研究与工程应用具有重要作用。然而现有测量设备单次测量时间过长,难以实现对动态物体三维面形的测量,其中主要的难点在于图像高速同步投影与采集。提出了一种图像精确同步高速投影与采集的方法,该方法通过实验测定出数字微镜翻转延时和触发曝光延时,设计了帧触发信号、数字微镜翻转、LED光源点亮和相机曝光之间耦合工作的精确时序,从而实现了220帧/秒图像的精确投影与采集,为动态物体三维面形测量设备的开发提供了良好的技术基础。

基于光栅结构光双目视觉的动态三维测量方法研究

基于矩形光栅结构光和双目立体视觉测量技术,提出一种物体表面三维形貌的动态测量方法。采用基于光平面引导的稠密光栅光条匹配方法完成左右摄像机光条图像的匹配,该方法先通过各光平面对应的单应矩阵实现左右图像点的对应,再结合极限约束及空间点距离约束完成左右光条中心点的全局最优匹配,以此解决由两摄像机和投影仪组成光栅结构光测量系统中光条匹配难题,对匹配完成的图像光条点应用双目立体视觉测量原理完成物体表面的三维重建。实物实验中,对姿态变化的手臂进行测量,结果证明仅需投影单幅光栅图案可实现手臂三维形貌的测量,验证该方法的有效性。

基于改进价值函数和三维相位展开的动态三维测量方法研究

针对物体连续变化过程的三维测量,提出了一种有效的动态三维测量方法。该方法采用基于改进价值函数的二维小波变换解包裹相位、三维相位展开方法得到实际相位。其突出优势在于3个方面,首先仅需一幅光栅条纹图案即可重建物体三维面形,可实现高速动态三维测量;其次相较于基于直接最大模和基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法,基于改进价值函数的小波脊提取算法具有更好的抑噪能力;最后,提出了一种三维相位展开方法,在二维相位展开路径上引入了时间轴方向,从而实现了大梯度物体的相位展开,同时说明了三维相位展开的适用条件。仿真对比了直接最大模的二维小波变换法、基于价值函数的二维小波变换法和基于改进价值函数的二维小波变换法的解包裹相位效果,同时对多种二维相位展开方法、所提三维展开方法进行仿真对比与分析,最后对连续凸起曲面进行了实验比较,证明所提方法可用于物体连续变化过程的动态三维测量。

彩色栅线动态三维测量中自适应相关匹配技术

彩色栅线结构光三维测量可仅靠左右摄像机单幅图像完成像素级相位匹配,能够实现运动或者变形物体型面重构,但其测量精度有待进一步提高。在依据相位进行粗匹配的基础上,采用立体视觉数字相关技术在左右图像局部区域进行更细致的匹配。计算相关系数时,依据彩色栅线各个周期的色彩变化特性自适应调整不同颜色通道的权重,依据不同视点表面变形特性自适应调整左右相关窗口的尺寸。在极线方向上双线性插值进行亚像素匹配。实验结果证明自适应数字相关匹配技术在保证彩色栅线动态检测,分辨率高优点的同时,可有效改善测量精度至0.1 mm,扩大测量适用范围。

高速动态三维面形测量

针对物体表面满足连续性假设的快变化物体的三维面形测量,提出基于二维小波变换解调相位主值、最小二乘相位展开方法.其优势在于,一是只需要投影一幅条纹图案即可重建物体形貌,进而实现高速动态三维测量;二是相较于傅里叶变换轮廓术,二维小波变换轮廓术具有更好的抑噪能力;三是最小二乘相位展开鲁棒性好,相位展开平滑.通过计算机仿真比较了3种母小波的二维小波变换解调相位主值的结果,同时比较了多种空间相位展开的结果.最后,分别对动态椭球体、连续凸起曲面和动态水波波纹进行仿真或实验,所得结果验证了该方法的有效性.

颞下颌关节三维动态数据测量的初步研究

目的:采用320排CT和Mimics软件对开闭口运动中的颞下颌关节进行三维动态数据的定量测量,初步建立健康成人颞下颌关节三维动态数据库。方法:健康成年志愿者40名,自制的台阶式开口器,通过张、闭口时每前进、后退1个台阶(0.5cm),运用320排CT对颞下颌关节开闭口位逐次动态容积扫描,最后在Med CAD及3-matic功能辅助下进行图像三维处理及三维动态数据测量。结果:1.健康成人处于牙尖交错位时,颞下颌关节间隙左右对称。2.从矢状面测量,颞下颌关节前间隙与后间隙有显著性差异,髁突基本位于关节窝的中性偏后位。3.髁突转动角度在不同开口度下有显著性差异。结论:初步建立了健康成人颞下颌关节三维动态数据库,进一步探讨了颞下颌关节正常解剖结构及其运动规律,为颞下颌关节疾病的诊疗以及颞下颌关节相关的手术模拟、手术导航和预后评估提供重要的参考依据。

薄膜结构点阵投影式三维动态变形测量技术

针对常规视觉测量方法在薄膜类结构动态测量中靶标影响薄膜局部变形的弊端,提出了一种薄膜点阵投影式三维动态测量技术。此技术利用激光器将靶标投影到薄膜结构上,并基于OpenCV库(开源计算机视觉库)提出了一套三维测量算法进行薄膜结构三维动态变形测量。为了验证其三维测量精度,设计了精度检验的标准尺。在原理验证实验中检验了薄膜结构点阵投影式测量技术的三维测量精度,并以24Hz帧率拍摄、离线处理数据的方式对薄膜结构的整体变形和波浪变形工况进行测量。精度验证实验结果证明了此技术在1m的测量距离与1.3m×0.8m视场下,X、Y方向的精度小于0.30mm,Z方向的精度约0.77mm,同时动态测量结果能够有效复现薄膜结构动态变形过程。

一种三维动态测量系统在海洋工程中的应用

论文主要介绍了一种三维动态测量系统的组成、工作原理等。通过油盛钻井平台在SZ36-1 WHPL平台对接作业中的应用举例,不仅保证了定位引导系统的精度,而且还可以实现虚拟三维实景显示,提高了钻井平台对接过程的直观性、真实性、安全性等,具有广阔的应用前景。

浅谈用实时三维动态监测提高道路施工测量的可靠性

施工测量过程中经常进行人地坐标与建筑坐标的相互转换。在道路施工测量时,也经常遇到线路坐标与人地坐标的相互转换。采用实时三维动态测量能够提高测量可靠性,加强效率,从而减少道路施工前的技术准备时间。

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。

基于代价函数的脊提取动态优化算法研究

为解决在动态三维测量中由于获得的原始图像噪声较大而影响测量结果的问题,提出了基于价值函数的动态优化算法,该方法通过对原始图像中每一行像素做小波变换,在模矩阵中提取局部极大值点,作为脊的备选集合,利用价值函数求从当前一列极值点到下一列所有极值点的最小生存价值点,作为小波变换真正的脊。通过数值模拟表明该方法具有较好的抗噪性。

大型结构高精度三维动态变形测量应用进展

大型结构全周高精度三维动态变形测量对大型或超大型结构的力学性能研究有着重大意义。三维数字图像相关作为一种结构简单、非接触、精度高的全场变形测量技术,可以为大型结构变形测量提供有效的测量手段。首先介绍三维数字图像相关测量的基本原理。在大型结构多相机全周变形测量方法中,将介绍大尺度散斑制作、大视场三维标定、多相机系统坐标统一、相机外参实时标定等关键技术的研究工作。最后,针对土木工程领域与航空航天领域的实际需求,介绍大型结构高精度三维动态变形测量的应用,包括盒式结构地震模拟振动台试验测量、悬索穹顶结构连续坍塌试验全周高速变形测量、运载火箭舱段荷载试验全周变形测量。大型结构全周高精度三维动态变形测量将为大型建筑结构抗震性能分析、大型结构力学建模和破坏机理研究提供可靠的实验分析手段。

基于条纹投影的高速三维形貌测量技术发展综述

在虚拟现实和增强现实、智能制造检测、材料性能测试等需要对动态场景进行三维建模、对动态过程进行深入分析的领域中,高速三维面形测量技术具有重要的科学研究意义和广泛的应用价值。随着高速动态场景测量需求的日趋增长和测量硬件设备的迅速发展,相应领域的研究热点逐渐从简单静态场景的三维测量转移到复杂动态场景的测量中。以测量任务需求为主线,综述基于条纹投影的高速三维测量技术在硬件和算法上的研究进展,随后分类比较已有技术各自的优缺点,给出不同测量任务下的方法选择建议,最后总结基于条纹投影的高速三维形貌测量技术所面临的挑战和潜在发展动向。

低速轴流压气机转子尾迹三维动态测量

对一台低速轴流压气机的转子尾迹进行了三维动态测量,采用锁相平均、方均根和功率谱密度等分析方法对低速轴流压气机转子在节流过程中尾迹流场的稳态和动态特征进行了研究.结果显示:在绝对坐标系下,转子尾迹有高总压和高方均根特征,且在不同叶高的强度不同;转子尾迹与主流的掺混作用导致平均总压升系数的快速衰减;功率谱密度分析表明,在接近失速点时,转子尾迹90%叶高以上出现0.5倍叶片通过频率的特征频带且其功率随着流量减小而增大.

基于旋转光栅投影的动态三维面形测量方法

针对动态孤立场景三维形貌测量难题,提出了时域傅里叶条纹分析方法,充分利用被测动态场景对多周期相移投影条纹在时间域上的调制,对携带被测面形变化信息的系列变形条纹沿时间轴作傅里叶条纹分析,提取相位进行对应的三维重建,有效保留了复杂场景的空间高频信息。为了保证相位信息准确可靠,设计了三频条纹复合的圆盘光栅,经电机带动进行旋转投影,在被测场景表面产生多周期相移条纹。该方法不在空域进行滤波操作,三频条纹解算出对应相位信息后进行时间相位展开,适用于孤立物体的测量。拍摄记录的每一帧条纹图像均能对应重建一个三维结果,适用于动态场景测量。搭建系统完成了验证实验,结果证实了本研究提出方法和系统的可行性。

基于区域二值编码方法的动态三维形貌测量

提出一种应用于结构光投影三维面形测量的基于区域的二值编码方法。该方法根据被测物体表面的最大起伏来确定区域编码范围和二值编码图案,然后利用基准区域级次直接获得变形条纹的连续相位分布,在保证可靠性和精度的前提下有效地减少了编码图案数量,提高了测量速度;同时,设计了用于动态三维形貌测量系统的硬件模块。该模块实现了240frame/s的条纹投影与同步采集,满足了动态三维形貌采集的要求。实验测量采用6幅图案实现了40frame/s的三维形貌采集,实现了动态三维形貌测量,相关实验结果证明了该技术的可行性。

微飞行器扇动扑翼的三维面形及形变测量

扑翼微飞行器（FMAV）是一种模仿鸟类和昆虫飞行设计的飞行器，在军用追踪侦查和民用检测勘察上有很大应用价值。研究其翅翼的运动机制和动态形变，有助于提升它的空气动力学性能。采用结构光投影和条纹分析方法，投影正弦光栅到快速扇动的翅翼表面，使用高速相机采集变形条纹并对其进行傅里叶分析，重建了翼展为12 cm的扑翼微飞行器在不同扇动频率（14.60、17.54、20.62 Hz）的双翅运动过程，分析了翼面的形变；并着重分析和准确还原了翅翼上扑和下扑交替时产生强大升力的翼面剧烈翻转过程；提供了扑翼的扑动范围、旋转角及俯仰角等运动参数。为扑翼微飞行器的动力学研究、性能提升和优化设计提供了准确可靠的原始数据。

田湾核电站二期主给水泵联轴器不对中原因分析

本文针对田湾核电站二期工程带弹簧隔振基础的定速主给水泵运行后联轴器不对中的原因进行了分析,通过运用三维动态变形测量技术对泵组在暖泵、运行、停泵、冷却四个过程中产生的位移变形情况进行测试,找到了问题产生的主要原因。

GPS-RTK技术在道路修复提升改造工程中的应用——以平阳县南麂镇EPC项目为例

目前,公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。以平阳县南麂镇EPC项目为例,论文探讨GPS-RTK技术在道路修复提升改造工程中应用,给相关工程提供参考。