基于双目视觉和散斑投射的快速形貌测量 被引量：8

1

作者 张扣文 梁晋 +1 位作者 尤威 任茂栋 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1517-1520,共4页

针对现有三维扫描设备存在的体积较大,测量速度较慢以及对环境光照敏感等问题,利用双目立体视觉和散斑结构光,开发了一种小型的形貌测量装置。首先对该装置的投射模块,硬件结构进行了设计,其次对涉及到的主要算法,采用数字图像相关法进... 针对现有三维扫描设备存在的体积较大,测量速度较慢以及对环境光照敏感等问题,利用双目立体视觉和散斑结构光,开发了一种小型的形貌测量装置。首先对该装置的投射模块,硬件结构进行了设计,其次对涉及到的主要算法,采用数字图像相关法进行像点坐标匹配进行了研究,最后对系统的测量效果和精度进行了初步验证。实验表明,对于单幅点云,该扫描装置测量过程迅速,数据采集可在2 ms内完成。并且在保证生成点的数目较多的同时,精度可达到0.1 mm。因此,本文提出的小型散斑投射装置可在确保测量精度的前提下,实现工件的快速测量。 展开更多

关键词 双目立体视觉 散斑投射 数字图像相关 点云重建

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基于深度学习的散斑投影轮廓术 被引量：7

2

作者 钟锦鑫 尹维 +2 位作者 冯世杰 陈钱 左超(指导) 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期73-83,共11页

针对传统的单幅散斑图像匹配算法测量精度低且无法测量复杂面型物体等问题,提出了一种基于深度学习的散斑投影轮廓术,即通过深度学习的方法实现散斑图像的逐像素匹配。设计利用孪生卷积神经网络结构,将目标散斑图像和参考散斑图像以图... 针对传统的单幅散斑图像匹配算法测量精度低且无法测量复杂面型物体等问题,提出了一种基于深度学习的散斑投影轮廓术,即通过深度学习的方法实现散斑图像的逐像素匹配。设计利用孪生卷积神经网络结构,将目标散斑图像和参考散斑图像以图像块的形式输入神经网络。通过卷积层运算提取散斑图像块的特征信息,进而将子网络得到的特征信息融合为两个图像块之间的匹配系数,以获得散斑图像的视差数据,并最终可将视差数据转化为物体的三维信息。实验结果表明,该方法可以通过单幅散斑图像实现精度约为290μm的三维轮廓测量。 展开更多

关键词 散斑投影 深度学习 三维测量 孪生网络

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应用数字散斑投影测量纸页厚度 被引量：5

3

作者 吴凡 吴思进 +4 位作者 李伟仙 张雨蒙 祝俊怡 沙迪 董明利 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期847-852,共6页

传统的纸张厚度测量方法只能测量纸页某一点厚度,该类方法会因为纸张厚度全场分布不匀带来测量误差。针对该问题,提出利用数字散斑投影的纸页厚度检测方法,向待测纸页投射散斑图案,并构建散斑投影的实验测量系统,通过三维数字图像相关... 传统的纸张厚度测量方法只能测量纸页某一点厚度,该类方法会因为纸张厚度全场分布不匀带来测量误差。针对该问题,提出利用数字散斑投影的纸页厚度检测方法,向待测纸页投射散斑图案,并构建散斑投影的实验测量系统,通过三维数字图像相关的算法处理,得到纸页的形貌以及厚度。实验表明,对纸张厚度名义值为0.180mm的实验样品进行测量,结果为0.177mm,对该方法进行重复实验,测得的相对误差小于4%,而且该方法能够直观地显示纸页的全场分布。此外,提出的纸页厚度测量方法具有结构简单、非接触式测量、全场测量等优点,为纸页生产中的厚度检测提供了新思路。 展开更多

关键词 数字图像相关 散斑投影 纸页厚度 散斑质量

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基于VCSEL投影阵列的散斑结构光三维成像技术及其传感器设计 被引量：4

4

作者 尹维 李明雨 +5 位作者 胡岩 冯世杰 张晓磊 王槐 陈钱 左超 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第8期232-242,共11页

散斑投影轮廓术通过投影单幅随机散斑图案编码场景的深度信息,利用散斑匹配技术建立立体图像间的全局对应关系,从而实现单帧3D重建。但由于被测物体表面的复杂反射特性和双相机间存在的视角差异,投影单幅散斑图案无法为整个测量空间中... 散斑投影轮廓术通过投影单幅随机散斑图案编码场景的深度信息,利用散斑匹配技术建立立体图像间的全局对应关系,从而实现单帧3D重建。但由于被测物体表面的复杂反射特性和双相机间存在的视角差异,投影单幅散斑图案无法为整个测量空间中每个像素编码全局唯一的特征,由此带来的误匹配问题导致测量精度较低,难以满足一些工业场景的高精度测量需求。提出一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)投影阵列的散斑结构光三维成像技术及其传感器设计方法,所研制的三维结构光传感器集成了3个小型化散斑投影模组,投影一组空间位置不同的散斑图案,对被测场景的深度信息进行高效时空编码。提出一种由粗到精的时空散斑相关算法,以提升测量精度,重建复杂物体的精细轮廓。通过精度分析、三维模型扫描、小目标金属零件检测、复杂场景测量等实验证明,所提三维结构光传感器实现了远距离、大视场的高精度三维测量,可潜在应用于零件分拣、机器人码垛等工业场景。 展开更多

关键词 三维成像 立体视觉 光学成像 散斑投影

原文传递

一种三维人体模型快速测量方法 被引量：2

5

作者 王永信 卢秉恒 +1 位作者 梁晋 宗玉龙 《中国测试》 CAS 北大核心 2023年第3期114-119,127,共7页

三维人体的逆向建模在服装领域具有重要应用价值,然而测量人体模型时难以保证长时间的固定姿态,且人体表面不能喷涂纹理特征,急需实现非接触的人体模型高精度快速测量。该文提出一种数字散斑投射的高精度快速扫描方法,通过十参数畸变模... 三维人体的逆向建模在服装领域具有重要应用价值,然而测量人体模型时难以保证长时间的固定姿态,且人体表面不能喷涂纹理特征,急需实现非接触的人体模型高精度快速测量。该文提出一种数字散斑投射的高精度快速扫描方法,通过十参数畸变模型,实现相机的高精度标定;利用双目立体视觉原理,构建三维人体快速扫描的传感测量装置;通过大视场标定与坐标统一技术,结合彩色摄像机和散斑投影仪实现包含面部的人体全方位多视角图像;利用立体视觉重建技术重建得到完整的三维人体点云模型,并进行点云后处理。通过实验验证该文方法标定15次得到的重投影误差,测量结果均优于0.05 pixels,说明所提出的三维人体快速测量方法测量精度高。3组人体扫描实验结果充分表明:该文提出的方法可以在0.1 s内完成人体扫描,并且校准误差均小于0.1 pixels,可以实现对人体的快速、高精度扫描。 展开更多

关键词 人体模型测量 大视场相机标定 散斑投射 三维点云

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随机散斑投影粗粒反光表面图像采集方法 被引量：1

6

作者 杨程 王昭 +1 位作者 黄军辉 邢超 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期40-51,共12页

针对粗粒反光表面在一般光源照明条件下产生的局部反光问题,提出一种基于随机散斑投影的图像采集方法。以主动投影照明的方式在工件表面形成系列随机散斑图案,利用组图冗余信息抑制反光,生成光强均匀且高信噪比的融合图像。给出了随机... 针对粗粒反光表面在一般光源照明条件下产生的局部反光问题,提出一种基于随机散斑投影的图像采集方法。以主动投影照明的方式在工件表面形成系列随机散斑图案,利用组图冗余信息抑制反光,生成光强均匀且高信噪比的融合图像。给出了随机散斑图畸变矫正方法,实现高效的密度均匀散斑投影。实验结果表明,所提方法很好地抑制了工件表面局部反光问题,显著提升了图像对比度与清晰度,为后续图像检测算法设计打下良好基础。 展开更多

关键词 散斑投影 图像采集 粗粒反光 透视畸变 图像融合

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基于光斑投影3D-DIC的动态液面波高场测量方法研究

7

作者 王凯 李得睿 +1 位作者 向升 程斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2427-2438,共12页

动态液面波高场测量与面型三维重建是流体力学、晃荡动力学等研究领域中的重要问题,但目前仍缺乏一种简易且高效的高精度全场测量手段.基于光斑投影和三维数字图像相关(3D digital image correlation,3DDIC)原理,提出了一种动态液面波... 动态液面波高场测量与面型三维重建是流体力学、晃荡动力学等研究领域中的重要问题,但目前仍缺乏一种简易且高效的高精度全场测量手段.基于光斑投影和三维数字图像相关(3D digital image correlation,3DDIC)原理,提出了一种动态液面波高场的测量方法.通过液体染色和光斑投影,在液体表面形成光斑纹理,设置双目相机拍摄动态液面的散斑图像.运用交比不变性标定板及张正友标定法获得双目相机内外参矩阵,并基于反向组合高斯牛顿(inverse-compositional Guass-Newton,IC-GN)的3D-DIC算法实现动态液面波高场的高精度三维重构.进一步建立光斑投影的几何光学模型,模拟规则波液面的双目图像,开展数值模拟测量以验证本方法的理论精度,同时开展真实液面波高场的测量验证.结果表明,本方法可实现动态液面波高场的高精度全场测量,模拟液面测量的均方差为0.004 mm,真实静态液面抬升测量的均方差为0.022 mm,真实动态液面测量的均方差小于0.037 mm.本文方法具有高精度、非接触和全场测量等优势,可在实验室流体测量和相关工程场景中推广应用. 展开更多

关键词 动态液面波高场 面型重建 三维数字图像相关(3D-DIC) 光斑投影 全场三维测量

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基于单幅数字散斑投影及图像相关的离面振动测量 被引量：6

8

作者 杨福俊 房亮 何小元 《光学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期323-326,共4页

采用单幅数字散斑图投影及高速数字图像采集技术,研究了动态离面位移的测量。采用商用液晶投影仪将计算机产生的模拟散斑图投影到待测动态变形物体表面,由高速数字图像采集设备摄取并保存变形散斑图,采用时间序列数字图像相关软件计算... 采用单幅数字散斑图投影及高速数字图像采集技术,研究了动态离面位移的测量。采用商用液晶投影仪将计算机产生的模拟散斑图投影到待测动态变形物体表面,由高速数字图像采集设备摄取并保存变形散斑图,采用时间序列数字图像相关软件计算出物体表面各点随时间变化的离面位移。这种方法用于振动分析时不仅可以获得振型分布,而且还可以获得各点的振幅值。与现有的激光频闪照相测振及激光多普勒测振等方法相比,具有光学系统简单,可全场定量测量。悬臂梁振动实验结果证实了该方法的有效性。 展开更多

关键词 数字散斑投影 时间序列数字图像相关 离面变形 振动分析

原文传递

基于主动散斑投射的水下双目视觉三维成像 被引量：4

9

作者 庄苏锋 屠大维 刘建业 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期105-114,共10页

基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建,适合于动态成像,但在水下应用时,存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足,以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立... 基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建,适合于动态成像,但在水下应用时,存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足,以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立了基于主动投射散斑图案的水下双目视觉成像模型,分析了散斑图案对水下双目对应点匹配精度的影响,搭建了主动散斑水下双目视觉动态三维成像系统实验装置。实验结果表明,基于主动散斑投射的水下双目立体视觉技术具有较好的动态3D成像效果,动态误差在该双目立体视觉实验装置本身结构和系统参数决定的静态误差之内。 展开更多

关键词 成像系统 水下双目立体视觉 动态三维成像 水下三维重建 主动散斑投射

原文传递

基于反向合成高斯牛顿的半全局立体匹配算法 被引量：2

10

作者 柳庆林 倪章松 +4 位作者 张平涛 石啟凡 麻绍君 钟凯 李中伟 《光学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期390-397,共8页

针对数字散斑投影三维测量技术中的立体匹配问题,提出基于反向合成高斯牛顿的半全局立体匹配算法。该算法采用基于Census变换的匹配代价值来衡量像素点间的相似性,通过代价聚合算法增强匹配代价对噪声的鲁棒性;在此基础上,提出基于一阶... 针对数字散斑投影三维测量技术中的立体匹配问题,提出基于反向合成高斯牛顿的半全局立体匹配算法。该算法采用基于Census变换的匹配代价值来衡量像素点间的相似性,通过代价聚合算法增强匹配代价对噪声的鲁棒性;在此基础上,提出基于一阶形函数的反向合成高斯牛顿算法,实现亚像素级别的视差优化;最后,提出耦合唯一性检查、左右一致性检查以及连通区域约束的错误视差剔除算法,消除由遮挡和噪声引起的错误视差。实验结果表明,该算法可精确、稠密、完整地重建出复杂物体的三维形貌,重建精度优于0.06mm。 展开更多

关键词 数字散斑投影 立体匹配 反向合成高斯牛顿算法 半全局立体匹配算法

原文传递

单目激光散斑投影系统的外参数标定方法 被引量：1

11

作者 蒋卓灿 张跃强 +2 位作者 胡彪 刘肖琳 于起峰 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期166-176,共11页

由于缺少可参考的散斑图案,单目激光散斑投影系统需要借助精密的测距仪器,提前拍摄不同标准距离处的散斑图像,测量效率较低,且无法在线校正系统的光轴偏移。针对上述问题,提出一种基于单目激光散斑投影系统的外参数标定方法,可将单目激... 由于缺少可参考的散斑图案,单目激光散斑投影系统需要借助精密的测距仪器,提前拍摄不同标准距离处的散斑图像,测量效率较低,且无法在线校正系统的光轴偏移。针对上述问题,提出一种基于单目激光散斑投影系统的外参数标定方法,可将单目激光散斑投影系统等效于带有散斑图像的双目立体视觉系统。通过调整标定板的位姿,计算同名散斑点的空间三维坐标,解算红外相机与激光散斑投射器之间的位姿关系,并对其进行迭代优化,生成投射器的虚拟散斑图像。实验结果表明,所提方法的位移测量误差低于0.16 mm,标准球的半径测量误差低于0.13 mm,且在一定的深度范围内,深度重建结果明显优于AstraPro的探测结果。所提方法可有效提高单目激光散斑投影系统的标定效率和深度重建精度。 展开更多

关键词 机器视觉 单目激光散斑投影系统 外参数标定 迭代优化

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投影散斑相关方法测量芯片翘曲度 被引量：1

12

作者 陈凡秀 杨福俊 何小元 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期1700-1703,共4页

本文采用投影散斑相关法对芯片翘曲度进行了测量。利用单个CCD和单个投影装置多次扫描的方法,得到若干幅具有部分重叠区域的小图像,然后通过配准和拼接获得全景图像,实现整体测量。在拼接区标定若干控制点,然后以这些控制点为基准进行... 本文采用投影散斑相关法对芯片翘曲度进行了测量。利用单个CCD和单个投影装置多次扫描的方法,得到若干幅具有部分重叠区域的小图像,然后通过配准和拼接获得全景图像,实现整体测量。在拼接区标定若干控制点,然后以这些控制点为基准进行坐标变换实现重叠区域的配准和拼接,以提高分辨率、实现全场测量,得到芯片相对于标准平面的面内位移和形变。通过三角法标定,获得了离面位移和形变,从而完成了对手机屏幕芯片翘曲度的测量。与牛顿环测量法相比较,结果证明了投影散斑方法测量芯片翘曲度的精度和可行性。 展开更多

关键词 投影散斑相关 翘曲度 拼接技术 牛顿环

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基于散斑立体匹配的快速三维人脸重建 被引量：2

13

作者 谢宜江 傅可人 +1 位作者 冯子亮 杨红雨 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期61-69,共9页

本文提出一种高效的人脸三维重建方法。该方法将散斑投影至人脸表面以增加其特征信息,并采用一种由粗到精的时空立体匹配算法来提高三维人脸重建的精度。进一步,该算法利用时空积分图对立体匹配的代价函数进行加速计算,进而提高了重建... 本文提出一种高效的人脸三维重建方法。该方法将散斑投影至人脸表面以增加其特征信息,并采用一种由粗到精的时空立体匹配算法来提高三维人脸重建的精度。进一步,该算法利用时空积分图对立体匹配的代价函数进行加速计算,进而提高了重建效率。此外,所提出方法通过人脸检测去除无关背景,使后续的三维重建算法能够高效地作用在人脸区域上。实验表明,所提出方法对3D打印人脸(精度为0.01 mm)模型的重建平均误差为0.32 mm,对哑铃规球心测距和直径测距(精度皆为0.01 mm)其误差皆低于1个百分点,以上结果优于同类产品。与现有立体匹配算法相比,本文方法所得视差图面部无空洞且视差变化均匀,更真实地反映出被测人脸的三维形状。 展开更多

关键词 散斑结构光投影 三维人脸重建 时空匹配 积分图

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