一个显示内部纹理的三维图象重建的快速算法

本论文根据地震数据三维图象重建任务提出了一种既能显示立体表面真实感又能显示内部质地的三维图象重建算法。由于采用了明暗处理、控制格变换及合理的装配方法,极大地加速了算法的执行过程,同时又得到逼真的显示效果。     

激光点云在三维模型重构中的应用

提出激光点云在三维模型重构中的应用研究。采用三维激光扫描仪获取某目标的激光点云数据，基于曲率精简处理激光点云数据，以此为基础，应用快速CPD算法拼接激光点云数据。由于拼接后激光点云数据依然散乱，采用泊松表面重构算法重构三维网格，以重构三维网格为依据，通过纹理映射理论实现三维网格模型参数化，从而实现了三维模型的整体重构。实验数据表明：与对比方法相比较，应用提出方法获得的激光点云数据精简度较大，三维模型重构时间较短，三维模型重构精度较高，充分证实了提出方法激光点云在三维模型重构中应用效果较好。     

基于体积特征的空间目标识别算法

提出了基于体积特征的空间目标识别算法，首先通过高分辨力单脉冲雷达对空间目标进行三维成像，然后提取空间目标的三维像体积特征，由于卫星的体积通常比碎片大，根据空间目标的三维像体积可以实现对卫星和碎片的识别。计算机仿真实验表明，该算法取得了比较好的识别效果。     

基于机载激光雷达数据的复杂建筑物三维自动重建方法

为了解决复杂建筑物三维模型重建存在的边缘像素清晰度低和重建效率低的不足，提出基于机载激光雷达数据的复杂建筑物三维自动重建方法。首先通过机载激光雷达快速采集复杂建筑的三维点云数据，并剔出异常点云数据；其次采用SIFT算法提取点云数据特征点，通过梯度特征提取匹配特征点，根据特征点进行平移与旋转，完成复杂建筑点云数据配准；然后对建筑边缘三维阈值提取，获得高精度重建阈值；最后通过三维轮廓交边拼接优化，复杂建筑物三维自动重建。通过对比测试证明了本方法重建建筑物三维模型的边缘像素的灰度值为25～215,灰度值跨度较大，边缘像素清晰度较高，三维模型的重组时间为60 min～145 min,耗时较少，重建效率较高，说明了本方法对复杂建筑物三维自动重建的应用效果较好。     

三维激光加工的加工轨迹生成

根据三维激光加工离线自动编程的特点,提出了三维激光加工轨迹的生成算法。在计算机中,将连续的空间三维曲线,根据加工精度离散成许多节点点列,然后用直线顺序连接成折线,用空间折线逼近实际加工曲线。最后将离散的节点点列的计算机数据映射成实际激光加工机中激光头的位置和姿态数据,直接生成加工代码进行三维激光加工。     

基于GrabCut的三维医学图像分割

为了解决三维医学分割中手动分割操作复杂,效率低和传统分割方法速度慢,用户交互多,效果不理想等问题,将传统GrabCut算法进行了改进.首先,通过将二维的GrabCut算法扩展到三维,减少了三维分割的交互过程,提高了三维分割的效率;其次,将三维分割的矩形框交互改进为多边形交互,提高了交互的精度,改善了分割后的结果.通过对两组数据的分割结果对比表明,改进后的算法相对于置信连接算法不仅交互简单、速度快,而且分割效果有了很大的改善.最后,通过不同用户对同一组数据的分割结果对比,证明改进后的三维GrabCut算法稳定性高、速度快,能很好地完成三维医学图像的分割.     

三维人体数据的加工与显示

在三维人体数据处理过程中，本文综合分析了处理数据误差的各种方法，提出了逐线动态数据处理算法，解决了数据量庞大的三维人体数据处理及成像问题，为进一步人体不规则曲面的三维造型和加工提供依据。     

利用三维点云的圆锥状弹头目标参数估计

以激光雷达三维点云对弹头目标形状、姿态、位置估计与目标识别为应用背景。针对导弹弹头的形状特点,将其近似建模为一个圆锥,并可通过6个参数来表征。提出了基于激光成像雷达得到的三维点云与Levenberg-Marquardt(L-M)算法的圆锥状目标参数估计方法,并指出这种方法也可用于对圆锥状目标的识别。通过仿真实验,给出了弹头参数估计误差与三维点云的距离分辨率、点云规模的关系。仿真和实测数据的实验结果表明:该方法在一定的观测距离分辨率下可以较精确地估计出圆锥状弹头目标的参数,并可以根据得到的参数以及对目标函数的优化结果,对目标进行识别。     

三维激光扫描数据的网格简化

针对三维激光扫描仪获得的彩色人头数据集压缩问题，提出了基于区域分割的顶点合并网格简化算法。该算法分为区域分割和网格简化两个阶段。在对三维彩色人头数据集进行区域分割的基础上，把网格点分为：区域边界点（在顶点合并操作中，它只能与边界点合并）和区域内部点，然后根据区域加权的误差评价函数进行网格简化。实验表明，该算法压缩比高，网格简化质量好。     

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。     

提高压电换能器导纳圆测量精度的方法研究

不同压电换能器的动态电阻、电容、电感和静态电阻、电容的值不同,这些参数均可从其对应的导纳圆中得到.分析了导纳圆测量中的两个重要影响因素:A/D转换器的量化误差、测量电阻.为提高导纳圆的测量精度,量化误差不变时不同的压电换能器需选择不同的测量电阻以保证所测量的两路正弦信号有适当的幅值比和相位差.测量电阻的值为压电换能器动态电阻值的0.15～3.5倍时,导纳圆半径的相对误差小于0.5％,测量电阻为动态电阻的0.7倍时导纳圆的相对误差最小.     

基于圆半径动态调节的网格划分算法

利用圆半径的动态调节算法划分散乱数据点生成三角形网格,通过调节圆半径的大小来控制生成曲面的质量,易于实现,但算法不擅长处理实体表面存在的台阶边缘。采用将空间数据点转化成二维图像并分区域,在每个区域内划分三角形网格的方法来解决这个问题。通过对比实验结果,重建效果良好,对台阶边缘具有较好的处理能力。     

基于任意麦克风阵列的近场声源三维定位算法研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用。本文从声音传播的基本原理出发,推导出了精确的相对幅度衰减因子,获得了更加准确的信号传播模型。利用该模型并结合子空间算法的思想,提出了适用于任意拓扑结构的麦克风阵列的近场宽带三维声源定位算法。仿真结果表明,该算法在一维均匀直线阵、二维均匀圆阵和三维均匀球面阵中,均能够得到较好的定位效果。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。     

单台相机机载InSAR基线动态测量方法研究

该文提出一种对机载干涉合成孔径雷达(InSAR)基线的动态测量方法。通过在机载InSAR天线上布设一定数量的控制点,采用单台内方位元素精确标定的数码相机对天线进行实时监测。基于实时控制点图像所建立的共线方程和后方交会算法,解算出相机测量坐标系与控制点辅助坐标系之间的转换参数。将转换参数代入待测点坐标方程后,计算得到天线中心在测量坐标系下的实时三维坐标。在实验室进行的静态和动态模拟实验取得较好结果,验证了该文提出的InSAR基线动态测量方案的可行性。     

基于反向条纹投影的动态物体形变测量

本文提出一种应用反向条纹投影技术对动态三维物体进行形变测量的方法。该方法应用反向条纹投影原理,首先根据绝对相位测量法计算出反向条纹,然后投影反向条纹图到动态形变物体表面,并用高帧频摄像机跟踪记录物体表面反向条纹的动态变化过程,成像面上的反向条纹只在待测物体有形变的区域发生弯曲变形,没有形变的部分则仍然保持直条纹,显明地记录了形变物体的变形,处理时经过傅里叶变换、频谱滤波、傅里叶逆变换等就可以得到形变物体的面形变化。可以只处理物体产生形变的部分,滤波过程也就变得比较简单。对振动过程中的薄膜形变进行了测量和分析,证实了该方法的有效性。     

三维激光扫描测体积技术及其应用进展

三维激光扫描技术因具有准确性强、检测效率高、无损等优势而被应用于各行各业的物体体积测量。本文概括了利用三维激光扫描技术获取物体轮廓表面信息的几种光学原理;综述了三维激光扫描测体积系统中点云数据获取、点云数据预处理、三维重建与体积计算的研究进展;对三维激光扫描测体积技术在各类行业中的应用现状进行总结分析;最终展望了三维激光扫描技术在不规则体体积测量上面临的挑战和未来的发展趋势。     

基于任意麦克风阵列的声源二维DOA估计算法研究

对基于麦克风阵列的声源定位技术进行了研究,分析了基于麦克风阵列的远场信号模型,并结合子空间的方法推导出了声源二维(水平角和俯仰角)DOA估计——2D-MUSIC算法,该算法适用于任意拓扑结构的麦克风阵列。利用MATLAB仿真工具,对几种典型阵列结构进行了对比分析,提出了2种新型的三维麦克风阵列:均匀球面阵和三维均匀直线阵。仿真结果表明,提出的DOA估计算法在二维的均匀圆阵、三维的均匀球面阵和三维均匀直线阵中,均能得到较好的DOA估计效果。     

GPU加速三维面形测量

随着通用计算和图形显示需求的不断增加,图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）在医学、科学计算、图像处理等领域得到了广泛的应用。但它在三维测量领域的应用还只是一个开始。文中基于傅里叶变换轮廓术（Fourier Transform Profilometry,FTP）和三频外差法设计了两套三维测量系统,并利用计算统一设备架构（Compute Unified Device Architecture,CUDA）方法,加速了静态或动态物体的三维重建。在三频外差测量系统中,需要利用高速数字投影模块和相机,同步触发采集小视场表面的12个变形条纹图,然后对图像数据进行处理。实验结果表明:对12幅1 360 pixel1 024 pixel大小的图像进行相位展开运算,GPU方法比CPU方法的效率提高了2 089倍。在基于FTP方法的测量系统中,摄像机只需记录一幅变形条纹图,然后拷贝到显存中,并用CUDA编程的算法进行处理,进而重建出物体的三维面形。基于GPU的FTP方法对一幅1 024 pixel1 280 pixel大小的图像进行计算,其计算时间比CPU方法缩短了27倍。     

高速三维测量系统及其在水晶内雕中的应用

提出了一种采用DMD的高速三维测量系统,实现三维实物的高速、高分辨率扫描,降低了对被测对象的运动状态要求。然后利用Ball-pivoting算法实现三维表面重构,最后将利用激光内雕机实现水晶内雕三维输出。实验中高速三维测量系统的测量速度达到90fps,成功实现了人脸三维数据的采集及水晶内雕成品制作。高速三维扫描系统为动态真实物体个性化水晶内雕的推广普及提供了有效的技术手段。