基于平面法向量的线结构光视觉传感器参数标定

为解决线结构光传感器精度低且易受环境干扰的问题,提出一种标定方法。此方法以棋盘格为靶标,使用一种新的角点快速定位算法进行相机标定;使用Steger算法提取图像激光中心点后结合Huber损失函数拟合出光条直线;通过相机内外参标定两个平面的法向量,两法向量叉乘后获得激光光条在相机坐标系下的点向式方程;对提取的多条激光光条进行等距取点后利用最小二乘拟合出激光平面。使用3种方法进行对比实验,验证了此方法的有效性,同时对长为7 mm的标准量块在此系统下进行测量,其平均测量误差为0.036 mm。与传统方法相比,此方法具有较高的精度与较好的鲁棒性,能够适应较复杂的环境。

基于地平拟合改进的激光点云滤波算法

针对复杂地形条件下使用传统滤波方法处理激光点云数据时生成的数字高程模型质量较低的问题,提出了一种基于地平拟合和简单形态学(simple morphological filter,SMRF)相结合的点云滤波算法。算法通过SMRF粗滤波生成初始模型,计算原始高程与模型高程差值实现高程归一化;结合渐进移动窗口不断减小的特点,采用地平拟合算法在不同尺寸下构建多个面片集合;利用空间向量后处理,合并过度分割的面片及孤立点,完成地面点云提取。使用ISPRS数据集和实际采集到的点云数据将该算法与4种算法进行比较验证。结果显示,该算法的中误差降低3.3 cm,平均绝对误差降低2.0 cm,与真实地形的相关度达到0.9964,在8组实验区的平均Ⅰ类误差、Ⅱ类误差和总误差分别为2.54%、7.47%和3.06%,滤波精度明显提高。

受平面折射影响的视觉测量技术研究

针对防爆相机玻璃保护罩因平面折射导致的相机成像偏差对视觉测量的影响,推导出非平行平面折射下的相机模型,并在此基础上提出了基于动态虚拟焦距的折射畸变的校正方法,有效解决了相机光轴与折射面法向量不平行时折射畸变难以校正的问题。实验结果表明:校正后的图像偏差的均方根误差分别下降了68.69%、72.82%,校正后的测量相对误差低于0.5%,校正后相机的定位精度和测量精度均有明显的提高。

基于双判定因子的道路绿化带分割

以高速公路的无人机影像点云数据为研究对象,提出一种基于双判定因子的道路绿化带分割算法.首先对点云数据进行串行下采样,在降低点云数目的同时尽可能多地保留点云特征点;其次,对降采样后的点云数据进行正射影校正;最后,提出一种结合法向量夹角与RANSAC平面分割双判定的点云分割算法,实现了对高速公路中绿化带的准确分割,采用绿化带边界提取算法最终实现高速公路环境信息的分割.以G85高速凤翔段的无人机影像点云作为实验数据,分别采用本文算法、基于法向量夹角的分割算法、基于RANSAC平面拟合分割算法进行验证.实验结果表明基于双判定因子的道路绿化带分割算法对环境噪点及离群点有较好的抗干扰性,可以有效过滤路面高曲率点,提取结果较好.

两相交平面与其交线平面束夹角间的关系研究

设空间直线l为空间2个平面π_(1)和π_(2)的交线,π_(3)是π_(1)和π_(2)确定过l的平面束,θ为平面π_(1)和π_(2)间的夹角,θ_(1)为平面π_(1)和π_(3)间的夹角,θ_(2)为平面π_(2)和π_(3)间的夹角,进而研究θ与θ_(1),θ_(2)间的关系。此外,对每一种关系式给出相应的例子,通过若干数学问题来阐述结论的实用价值。

基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷算法

针对电力系统电压稳定控制中的切负荷量求解问题,提出基于有功负荷注入空间静态电压稳定域的最小切负荷量计算方法。首先给出该稳定域的2阶段求解方法,与传统基于拟合技术的求取方法相比,该方法通过聚类分析在保证计算精度的条件下减小了计算代价,同时可对临界点基于其局部切平面的法向量进行分类拟合,从而计及稳定域边界曲率的变化得到更加准确的边界估计。基于该稳定域提出最小切负荷量的计算方法,与基于灵敏度的连续线性规划法相比,该方法可利用全局信息给出最小切负荷量,并且在计算速度上具有优势。通过6节点算例的可视化稳定域计算结果说明2阶段求解方法的有效性,最后利用39节点系统验证该最小切负荷计算方法的准确性。

基于切平面分割的树干点云提取算法

提出了一种从树木点云中提取树干点云的切平面分割算法.首先,在对树木点云分段与角度分区的基础上,选定树干下部无树枝且扭曲程度较小的一段树干作为开始分段;其次,根据已削枝的多个相邻分段中的当前角度分区,及与其前后各1个角度分区的点云,构建当前角度分区的切平面,由点与切平面的位置关系,分割当前分段中这些角度分区中的树干点云;最后,以落叶时地面三维激光扫描仪扫描的13棵杨树作为测试数据的实验表明,提取算法在有效提取树干点云的同时保留了树干表面的特征,为后续树干点云的相关研究提供基础数据.

基于基线和平面法向量的三维直角坐标转换方法

针对目前三维直角坐标转换中使用的基于单点整体求解7个转换参数的理论模型,提出利用控制点间的基线和平面法向量进行分步计算转换方法。试验结果表明,构建的两种模型均能使转换精度达到毫米级。

基于切平面投影的树干三维表面重建算法

【目的】将使用三维激光扫描仪获取的树木点云构建树木三维模型与提取树木参数相结合,构建适用于树干参数提取的树干三维表面模型。【方法】采用三维表面重建技术,根据树干点云特征改进基于切平面投影的表面重建算法,并将其应用于重建树干的不规则三角网表面模型中。改进内容如下:1)使用半径阈值作为邻域点的选取准则以减少点云分布散乱对邻域点集选择的影响;2)根据点之间距离越近、影响越大的思想,使用距离加权方式计算特定点处切平面的法向量,且当邻域点集投影至切平面上产生重复投影点时,删除距离较远的邻域点;3)根据点集在平行平面间投影的几何拓扑不变性简化投影切平面的构建;4)以点集旋转方式简化三维平面点集到二维平面点集的转换。本研究提出的改进算法将当前点及其邻域点集投影至切平面上得到一个平面点集,将平面点集上构建的Delaunay三角网的连接关系映射到树干点云中以构建当前点与其邻域点的三维表面模型,逐个对树干点云中的点投影重建以实现树干点云整体的三维表面重建。【结果】对杨树树干的重建试验表明,改进算法能更好地构建树干的表面模型;对粗糙程度不同的多个树种的试验表明,重建的树干表面能清晰地显示外业扫描时标注的色彩信息,局部的表面三角形面片能清晰地反映树干表面凸凹不平的特征及树干表面在三角面片处的朝向信息;从重建表面上提取直径的试验表明,与围尺实测直径相比,从重建表面上提取直径的RMSE为0.18 cm,验证了重建树干表面的精确性。【结论】本研究从参数提取角度,采用表面重建方法,改进了基于切平面投影重建算法以重建树干的三维不规则三角网表面,重建的树干表面具有较好的视觉效果,能真实反映树干表面的特征。本研究提出的改进算法适用于构建逼真的树干三维可视化表面模型,构建的精确树干表面模型可为后续的树干参数提取提供基础数据。

凸多面体的快速形态和算法

在研究传统形态算法的基础上 ,将凸多面体的形态和算法简化为面与面的形态和 ,结合三维物体的法矢球模型 ,引入参考平面的概念 .参考平面将三维空间的凸多边形分解成两部分 ,分别计算对应的两部分的形态和 ,并去掉重复边和面 .提出一种凸多面体的快速形态算法 ,与传统方法相比 ,该方法简单、直观 ,算法效率可提高 6～10倍 .实验证明 ,该方法是可行的。

任意位姿孔轴线方位解析与图像测量方法研究

针对孔的空间定位问题,提出任意位姿孔轴线方位的求解算法。孔边缘轮廓在透视投影下为椭圆,基于代数距离的椭圆拟合保证了椭圆拟合结果的稳定性,再利用椭圆定义约束,迭代优化拟合结果,避免了异常点及不完整样本点对拟合结果的干扰。通过空间几何解析,建立空间几何模型,利用平面法向量和相似三角形推导出计算公式。仿真结果表明该算法精度高,实用性强。

基于三维TIN的非地面点云剔除方法研究

三维激光扫描仪对地面进行扫描时,会产生很多非地面点,即噪声点,对后续研究带来很多不便。针对这一问题,提出两种基于三维TIN的非地面点云剔除方法,分别是根据判断相邻三角形法向量的夹角以及构建局部平面的方法,介绍两种剔除方法的原理及实现过程,以拟合局部平面的方法进行实例分析,得出剔除结果。

用旋转矢量法实现任意三维剖面

在三维可视化应用中,实现三维空间模型的剖切几乎是每个三维可视化系统或软件的重要组成部分。而在剖切的过程中,重要的一个环节就是如何实现三维空间中的任意剖面。提出了一种旋转平面法矢量的方法,通过对平面的法矢量进行旋转来实现三维可视化中的任意剖面。

一种根据曲率变化检校畸变差的方法

提出了基于曲率变化的畸变差检校方法。首先对影像上提取的直线进行二分,根据重新匹配出的直线可确定实际物方直线在影像上的投影因镜头畸变而产生弯曲的程度,以此可对镜头的畸变进行检校。但对于镜头畸变较大的情况二分直线无法检测出实际曲线的弯曲程度,因此,需要对所有共线的直线进行分组,由每组直线来确定实际曲线的弯曲程度,检校镜头畸变,从而消除其对影像的影响。实验证明,通过这种方法对镜头畸变进行检校,能够得到较好的结果。

TRIP钢的马氏体相变晶体学研究

TRIP钢是一种新型汽车工业用钢,在受到撞击时,在受力点钢中奥氏体将转变为马氏体,相变并向远处传递,从而获得高硬度和高塑性;采用Bowles-Mackenzie理论研究了Fe-1.67Mn-1.19Si TRIP钢中马氏体相变,对(11 0)切变面上[10 1]切变方向的马氏体相变进行了计算,获得了直线不变矩阵、惯习面、总体形变量等晶体学参数;所得参数与采用O点阵理论计算所得参数基本一致,相变前后对应晶面和晶向与Kurdjumov-Saches关系相比较,发现对应晶面间夹角为2.5°,晶向间夹角为6.2°,与K-S关系有较大偏差.

例析平面方程的几种解法

平面方程可以分为的五种情形,即点法式、一般式、三点式、截距式和法线式,常用的是点法式、一般式.知道平面上的一个已知点和它的一个法向量,就可以确定这个平面.对平面的法向量,只要与这个平面垂直的任何非零向量都可作为该平面的法向量.法向量不惟一,但它们彼此平行.法向量常用向量的代数运算求得.找出法向量和找出平面上的点求出平面方程,是求平面方程的主要方法之一.着重研究用点法式和一般式求平面方程Ax+By+Cz+D=0,并探索在平面的一般方程中,待定系数A、B、C、D分别为零或不为零时的一些特殊平面方程及位置特征.

探讨平面方程的解法

介绍向量积在求平面方程中的应用,及如何用待定系数法求平面方程,并通过一些实例进行具体说明。

基于共面条件的点云配准旋转角参数求解方法

针对目前Li DAR获取的点云数据配准中ICP算法迭代计算效率较低和使用标靶配准时精扫标靶费时费力等问题,提出利用扫描地物所包含的平面特征及点云数据的离散特性,通过拟合平面得到平面的单位法向量进行旋转角的求解。由于点云数据中含有误差,使用拟合平面的法向量不仅避免了对标靶的精细扫描,而且也消弱了点云误差对转换参数的影响。最后通过实例验证了本文方法的可行性与严密性。

基于点的造型中如何计算采样点的法向量

随着三维扫描技术的迅速发展,以及大量采样点数达百万数量级的高精度模型的产生,使得基于点的绘制技术逐渐成为热点。文章介绍了一种在基于点的造型中不必经过三角化,由采样点直接计算法向量的方法。该方法首先找到当前点周围的临近采样点;然后,根据最小二乘法由这些临近点近似计算当前点所在位置的切平面;最后,将切平面的法向量作为当前采样点的近似法向量。试验表明,该方法可以快速有效地计算采样点的法向量。

对(522)马氏体的探讨

以纯铁为例,运用B-M理论的简化计算方法,对发生在切变面上,切变方向为[011]的马氏体进行了计算,得出了总应变矩阵、惯习面和切变量等晶体学参数.