基于改进离散余弦最小二乘相位展开法的三维形貌重构

相位展开图的质量是光栅投影法中三维重建的重要环节。在对变形条纹进行相位解调后,需要将卷叠的相位在整个区域范围内展开,此环节直接影响被测物的三维重建结果。针对基于离散余弦最小二乘相位展开法在有干扰情况下不能得到正确展开结果的问题,提出利用行列展开法对离散余弦最小二乘法进行改进,减少相位展开过程中误差。仿真和实验结果表明,利用改进余弦离散最小二乘法相位展开提高了相位展开图的质量,对提高三维重建精度具有实际意义。     

改进的双 N 步相移轮廓术

条纹投影三维测量中,双 N 步相移轮廓术通过扩充一倍的投影条纹数量以补偿由测量系统的非线性响应导致的相位 误差,但测量效率也因此降低。 针对这一问题,提出了一种改进的双 N 步相移方法,该方法与传统的双 N 步相移法相比,在减 少相移条纹数量的同时保持了测量精度。 利用删减后的条纹计算原始和附加相位值,融合两相位实现物体的三维重建。 实验 结果表明,与传统双 N 步相移法相比,所提方法具有相同的相位误差补偿精度,并将测量效率提高了 16. 7%,同时证实了本文 采用的三频分层相位展开的可靠度要优于三频外差法的相位展开可靠度。     

基于结构光测量技术的 DMD 自适应掩膜生成

为解决强反射表面物体测量过程中易发生局部镜面反射,影响测量精度的问题。将数字微镜添加到结构光测量光路中并设计搭建测量系统,包括数字微镜、CCD相机、投影仪等器件。完成了系统的匹配、相机和投影仪的参数标定以及相位计算,采用麻雀搜索算法优化BP神经网络的方法建立数字微镜单元和相机像素单元之间的坐标映射关系,映射误差为0.583 pixels。基于PID控制器提出一种自适应掩膜生成方法,并对具有强反射表面的量块进行了测量实验,实验表明该方法能有效降低过曝光区域的灰度,实现了高动态范围成像。提出的方法可为强反射表面的三维测量提供理论支撑。     

基于线性Bregman方法的缺失负荷数据低秩矩阵补全

针对电力负荷预测原始资料出现的数据缺失现象对提高预测精度带来的不利影响,提出基于低秩矩阵补全理论的缺失负荷数据恢复方法。通过分析电力负荷数据的低秩性特点,基于线性近似的原则构建低秩矩阵,推导基于线性Bregman方法的低秩矩阵补全算法。使用该算法对我国南方某电网负荷数据缺失值进行恢复,计算并分析恢复算法的误差以及其分布情况,并与传统插值和外推方法的误差分布进行对比。结果表明,相比传统方法,基于低秩矩阵的数据补全算法具有更高的精度和更强的鲁棒性。     

基于二次矩阵补全的低压配电网相序识别算法

针对低压配电网数据完整性不足的场景,提出了一种基于二次矩阵补全的低压配电网相序识别算法。首先,分析了基于电流拟合的相序识别原理与模型;其次,研究了基于奇异值门限(SVT)算法的矩阵补全算法及其对缺失数据的一次补全方法;然后,为了进一步提升矩阵补全精度,提出了基于SVT算法的二次补全算法,并在此基础上构建了基于二次矩阵补全的低压配电网相序识别方法;最后,通过实际台区用电数据对所提算法进行算例分析。算例分析结果表明,所提算法适用于电流采集数据缺失的情况,能有效地降低电流矩阵补全的误差,从而提升低压配电网相序识别的准确率。     

非静态物体的光栅图像投影 3D 测量方法

针对传统相移法不能直接应用于非静态物体三维(3D)形貌测量的问题,本文提出了 Morlet 小波辅助的改进相移法测 量方法。 首先,利用复 Morlet 小波脊线提取采集条纹图像的相位,估算图像帧之间的相位变化量,并根据帧间相位变化量来修 正相移法的计算模型。 然后,利用修正的计算模型,提取采集光栅图像的相位,并重建出非静态被测体的 3D 形貌。 在对视场 范围内的非静态被测体,本文方法测量的均方根误差为 0. 0816 mm,分别是传统相移法和单帧投影法的 16. 92%、44. 42%,在对 比方法中误差最小。 测量结果表明,本文方法拓展了相移法适用的范围,能够更准确测量非静态被测体的 3D 形貌。     

基于二值离焦的双目结构光三维测量方法

为提高光学三维测量系统的条纹投影效率和测量精度，提出使用二值离焦方法快速投影编码条纹并结合双目立体匹配算法得到视差信息。首先采用Bayer抖动技术将投射的灰度条纹转化为二值条纹，降低投影仪离焦造成对比度、景深下降的影响。然后借助多频外差方法将包裹相位展开为绝对相位，利用视差约束关系和平均误差平方和代价计算来获取最佳相位匹配点。最后经三角测量原理和双目标定获取被测物体的深度信息和三维信息。通过实验对精密小球和雕像进行测量，表明本文提出的方法测量精度和传统十二步相移测量精度接近，比传统三步相移提高了52.8%。     

光栅测量系统的误差研究

研究光栅系统的误差构成及其变化规律,对提高光栅测量系统的精度,进行测量系统结构的优化设计均具有重要意义。在全面分析光栅测量系统误差来源的基础上,定量描述了光栅副误差、导轨误差、工作台误差,建立了光栅测量系统总误差模型;研制了一套激光干涉仪与光栅测量系统实时比对实验装置,实现了光栅测量系统综合误差的分离。通过模型仿真与实验比对,验证了总误差模型的有效性。应用该模型对光栅测量系统进行误差修正,能显著提高光栅系统的精度,使测量不确定度减小了一半。     

基于彩色结构光三维视觉系统的三维测量技术

本文在总结了传统的结构光测量方法的基础上,介绍了一种新颖的结构光三维测量方法,即基于颜色编码的结构光三维重建方法.本文首先介绍了结构光系统的士要组成,主要包括一个用来拍摄场景的摄像机和一个用来投射具有一定信息的彩色条纹结构光的投影仪.本文阐述了摄像机数学模型和投影仪数学模型,并在此基础上提出了一种简单易于实现且具有较高精度的标定方法.最后通过实验获得待测物体的精确的三维数据.     

基于骨架重建的点云补全网络

随着计算机三维视觉的快速发展，包含空间几何信息的点云数据广泛应用于机器人、自动驾驶等场景中，然而由于遮挡、角度受限等原因经常会造成几何语义信息的缺失。为了解决这一问题，提出了SRC-Net,首先利用融合动态图卷积网络编码器和折叠网络解码器的骨架重建网络从残缺点云中重建出几何骨架，接着使用自编码器结构建立几何骨架到均匀完整点云的映射。最后在MVP数据集上的补全结果表明，SRC-Net较现有补全网络可以生成更均匀且光滑分布的高质量完整点云，并能达到更为细节的补全效果，为点云深度学习补全提供了一种新的思路和方法，具有一定指导意义。     

旋转扫描结构光的三维检测系统及其标定

针对传统平移扫描检测系统的缺陷,提出了一种基于旋转扫描线结构光的三维检测与重构系统及对应的系统参数标定方法,建立了点云数据获取模型。被测物体通过旋转实现与线结构光间的相对运动,得到被测物体的外表面二维图像。系统标定获得图像坐标与世界坐标间的转换关系,得到被测物体的三维坐标信息及数字模型。由实验可知,相机的标定精度为0.2 mm,原理样机进行物体测量的精度为0.1 mm。实验证明该系统检测精度高,具有可行性。     

基于轨型重建的平直度提取算法研究

钢轨焊前检测是保障铁路车辆安全行驶的重要环节,其中钢轨平直度是衡量钢轨质量优劣的重要指标。 针对传统钢轨 平直度检测步骤繁琐、单次测量长度有限和测量效率低等问题,依据三角法测量原理,利用激光轮廓仪交叠获取钢轨轮廓数据, 使用改进的 ICP 算法快速配准点云数据,完成钢轨三维重建。 然后利用自适应中值滤波对平直度参数曲线进行优化,采用模拟 平尺法求解钢轨平直度。 实验结果表明,基于轨型重建的平直度提取算法速度快,精度高,稳定性好,与人工检测的最大测量误 差为 0. 021 mm,与高精度电子平尺最大误差为 0. 011 mm,最大标准差为 0. 006 mm,符合钢轨焊前的平直度检测要求。     

基于过采样相电流重构相位误差抑制方法

传统永磁同步电机相电流重构技术在每个PWM周期内由于不同相电流采样的不同步性,会产生采样相位误差,进而对电机整体控制性能产生不利影响。在分析上述相位误差的基础上,基于传统直流母线采样方法提出了一种电流过采样策略。通过在每个PWM周期的对称采样点分别进行一次采样并取均值的方式得到该控制周期内的相电流信息,同时利用一阶保持器估计电流控制点处的电流以消除采样相位误差。实验结果证明所提出的方法能够提高相电流重构精度,具有较好的降低相电流重构技术采样相位误差效果。     

基于深度相机的金属柜体三维重建

针对金属柜体表面的光线反射和检测场地限制问题,研究了基于深度相机的金属柜体三维重建,使用深度相机采集金属柜体的RGBD图像,实现高质量的金属柜体表面数据采集;计算其点云数据后进行离群点剔除和下采样的数据处理,降低了噪声影响并提高运算速度;采用基于点云数据和基于三维信息的重建方式,构造金属柜体的三维模型。通过对比实验,证明本文方法得到的点云数据在数量、精度平均误差和采集速度上明显优于双目视觉方法;三种金属柜体的三维模型与真实值对比,模型误差百分比约为3%。     

融合相机与激光雷达的目标检测与尺寸测量

针对三维场景下的目标检测与尺寸测量任务,设计了一种融合激光雷达和相机传感器的三维目标检测和尺寸测量算 法。 使用基于卷积神经网络的二维目标检测器提取目标的二维检测框,结合图像中的二维检测框和几何投影关系获取包含物 体的三维视锥点云,由欧氏聚类方法获得物体的聚类点云,实现了物体的三维目标检测。 提出了基于目标二维检测框的改进尺 寸测量方案以替代原有点云聚类后得到的三维框信息,提高了物体尺寸测量的精度。 在现有数据集上评估测试了目标检测与 尺寸测量的精度,实验结果表明,二维目标检测器 YOLOv7 在检测数据集上的平均检测精度达到了 81%,改进尺寸测量方案在 物体尺寸测量时的测量误差在 5%以内,对于较远物体或较小物体的目标检测和尺寸测量也具有很好的效果。