平面轮廓线的偏置及干涉消除算法研究

对连续线段组成的、方向符合左手定则的平面轮廓线的偏置问题进行了研究.采用偏置线段的点法方程和参数方程联立求偏置轮廓线顶点;将相交轮廓线转化为没有互相交和自相交的轮廓线后,根据交点处的轮廓方向向量来判断干涉轮廓线.     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

脚型解剖学标志点自动标识方法

针对现有标志点提取方法的不足,提出一种自动标识人体脚型解剖学标志点的有效方法,该方法以包含解剖学标志点的三维数字脚型作为变形模板.通过主成分分析(Principle component analysis,PCA)和迭代最近点(Iterative closest point, ICP)算法使目标脚型与模板脚型在最小二乘意义上对齐与配准,找出目标脚型与模板脚型之间的初始对应点集.采用以均匀采样和基于曲率分布的采样相结合的方法在模板脚型上获取采样点集,以采样点集在目标脚型上的对应点为位置约束,采用基于离散拉普拉斯的网格变形方法,使模板脚型逼近目标脚型.通过迭代,使模板脚型在误差范围内逼近目标脚型,这时模板脚型上的点与目标脚型上的对应点建立了映射关系,模板脚型上的解剖学标志点在目标脚型上的对应点即可视为目标脚型上的解剖学标志点.试验结果表明,基于模板的脚型解剖学标志点标识方法,自动化程度高,适应性强,能够应用于脚型的三维形态差异分析和基于脚型的鞋楦个性化定制系统.     

复合式CAD异地协同系统研究

在分析异地协同过程及其信息传输实时性要求的基础上,提出了一种复合式CAD异地协同体系结构,其中异地异步协同信息通过B/S结构进行传输,而异地同步协同信息则通过嵌入网页中的协同网络AetiveX插件与专门的协同服务器进行类似C/S结构的传输.详细讨论了基于文档/视图结构的网络插件开发和同步协同操作消息实时可靠传输的实现.     

网格曲面上的样条曲线阵列

提出一种流形网格曲面上曲线阵列复制方法,达到曲线重用与再设计的目的。网格曲面上的曲线用测地B样条表示,使对曲线的操作可以转换为对曲线控制顶点的操作;引入离散指数映射理论将给定的源曲线控制顶点映射到切空间,获得它们的法坐标,按照曲线阵列前后控制顶点法坐标保持不变的原则,建立曲线阵列前后控制顶点的对应关系,实现曲线的有规律多重复制。法坐标很好地保持了控制顶点之间的测地距离和相对位置关系,因而也保证了曲线阵列重用过程中的形状保持性。将曲线阵列时的位置与形状分开处理,使曲线生成仅与其所在的局部区域有关而与曲面的整体大小无关,既便于保证曲线的形状保持性,也减少了计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

网格曲面上两相离曲线段的光滑过渡

将欧氏空间中两非均匀B样条曲线间G1连续条件拓展到曲面空间,提出一种构造网格曲面上两相离曲线光滑过渡曲线的方法.网格曲面上的曲线采用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型.基于三角网格模型的拓扑邻接关系,提出一种网格曲面上测地线的延长线离散逼近算法,以此为基础,建立两测地B样条曲线间G1连续条件,将边界连续条件转化为控制顶点的位置约束,从而构建两曲线间的光滑过渡曲线.试验结果表明,所提方法健壮、高效,不依赖于参数化和投影技术,即使对于具有尖锐特征的曲面亦有很强的适应性.     

油箱箍带成形中的冲压负角对比研究

油箱箍带冲压件为典型的U形冲压件,其截面线为多个大曲率半径圆弧相切连接而成,冲压成形后回弹明显。为了解决回弹后导致的冲压负角问题,分别采用底面圆弧和弹性校正弯曲两种方法设计相应模具,并进行实验研究。通过分析,发现两者均能很好地解决冲压负角问题,但前者设计的模具结构复杂、制造成本高、计算繁琐,而后者设计的模具结构简单、弹性零件更换灵活,同时发现前者导致的回弹形式比后者也更加复杂,因此解决冲压负角时建议首选弹性校正弯曲法。此外,研究中使用了三维扫描技术,实现了各冲压角度的快速对比和评测。     

无编码全局控制点多视角三维数据拼接

多视角三维数据的拼接一直是视觉测量领域研究的难点之一,本文提出了一种无编码全局控制点的多视角三维数据拼接方法。以多个固定不动的无编码标志点作为全局控制点,建立全局坐标系。移动结构光立体视觉测量系统的不同视角对物体表面各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维测量数据及控制点。根据控制点的空间几何变换不变性自动匹配出各视角局部控制点在全局控制点中的同名点。依据同名控制点对,采用SVD算法求解局部坐标系与全局坐标系的变换关系,从而实现全局拼接。最后,以10个圆形标志点为全局控制点从5个视角对鞋楦进行测量,实验结果表明:该方法消除了多视角拼接中的累积误差,控制点的重合度平均误差为η=0.013mm,与手持式扫描仪对比标准偏差为0.177 mm,获得了较好的拼接效果。     

融合深度图像与密度聚类的下一最佳测量位姿确定方法

针对机器人视觉自动测量中的下一最佳测量位姿确定问题,提出一种融合深度图像与密度聚类方法.该方法采用结构光双目视觉测量技术获得初始视角下被测物体的深度图像和三维点云数据,基于深度图像信息快速获取被测物体的边缘与密度聚类分析区域,基于密度聚类方法判定区域的复杂程度,进一步结合视场要求计算子区域权重,获得下一视场的最佳移动方向.利用趋势面分析预测下一最佳测量位姿的空间范围,采用深度图像信息获得趋势面分析全局区域,并快速获得中心趋势线的空间数据以确定下一最佳测量位姿.建立了Universal Robot 5 (UR5)机器人和视觉测量平台,对胡巴和海盗头像模型进行测量实验,验证了所提方法的有效性.     

大型自由曲面零件的机器人视觉快速定位方法

针对大型自由曲面零件缺少规则特征导致定位成本高、效率低且精度难以保证的问题,提出一种机器人视觉快速定位方法.设计了自适应分辨率的超体素聚类算法,对不同模型点云进行均匀分割;提出以分块质心点的曲率、夹角以及快速点特征直方图(FPFH)描述子为依据,快速识别出完整CAD模型点云与局部测量数据的重叠区域并求解粗配准矩阵.改进了分支定界(BNB)嵌套迭代最近点(ICP)算法,提出基于关键点的快速精配准方法.以冲压件为对象进行实验验证,结果表明本方法节省了30％以上的配准时间,并显著提高了配准精度,能够解决大型自由曲面零件的定位难题.