基于单目视觉三维恢复算法的微观形貌原位测量方法研究

工件表面微观形貌分析在机械加工及测量领域有着十分重要的作用。与二维形貌分析相比,三维形貌分析能够提供更全面的表面信息。然而,现有复杂、昂贵的先进测量手段始终无法实现原位测量。为了实现对工件表面现场检测和三维形貌表征,将基于单目视觉的SFS(shape from shading,从明暗恢复形状)算法及光度立体法应用至微观形貌原位测量领域,提出一种可以进行二维图像采集并进行三维形貌重构的原位测量方法,并对比两种算法在微观形貌三维恢复上的结果。基于上述方法,进行SiC工件表面三维形貌恢复试验,同时与共聚焦显微镜扫描结果比较。试验结果表明,相比于SFS方法,光度立体法重构结果更加准确,截线特征点高度差相对误差低于27.2%,截线二维参数相对误差低于32.8%,表面三维参数相对误差低于19.6%,为解决机械零件表面微观形貌原位测量难题给出了新的解决思路。     

联合光度立体视觉和图像校正的磨粒三维形貌重建

分析铁谱技术在机械装备磨损状态检测中发挥了重要作用,但其仅能提供磨粒二维图像,导致磨粒形貌信息不足。为实现磨粒三维形貌的精确重建,联合光度立体视觉和图像校正,为精确重建磨粒的三维形貌,联合光度立体视觉和图像。该方法首先采用大津阈值法由全光源图像识别磨粒与背景区域;然后为消除LED发光强度差异对磨粒形貌重建的影响,结合平面形状和朗伯反射模型确定背景区域的理想成像亮度,并校正各光度图像序列的亮度;最后根据光度立体视觉方法,由校正后光度图像序列重建磨粒的三维形貌。以不同类型的磨粒为测试样本,将所提出的方法的重建结果与激光共聚焦显微镜的测量结果进行对比。结果表明：重建磨粒的形貌参数误差小于15%,表明提出的方法能够精确重建磨粒的三维形貌。     

基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析

针对传统三维参数和单一分形维数在表面微观形貌分析中的不足,提出了一种基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析方法。该方法通过小波变换对表面形貌的灰度图像进行分解和单支重构,利用改进的差分盒维法计算原图像和重构子图像的分形维数,依据原图像和重构子图像的分形维数构成的数组对表面微观形貌进行分析。最后,利用本文提出的方法对一组零件的表面微观形貌进行了分析,结果表明原图像和重构子图像的分形维数不仅能够反映表面微观形貌的整体特征还能反映表面不同分辨率下的细节特征。     

形貌测量中立体图像拼接的关键技术

提出一种基于全局控制点的立体图像拼接方法.以均匀散布在被测物周围的稳定的激光点作为全局控制点,建立全局坐标系;在单次区域测量中,引入拼接靶标,导出测头坐标系与拼接相机坐标系的转换关系;再以拼接相机为中介,导出测头坐标系与全局坐标系的关系,从而将区域测量的结果统一到全局坐标系,完成拼接.该方法能够避免繁多的标记点,保持被测表面的原有形貌,克服基于相邻图像重叠拼接中误差累积的问题.     

基于三维形貌重建的镗加工表面粗糙度检测

以计算机显微视觉为检测手段,采用明暗恢复形状方法重建加工表面微观形貌,进而检测加工表面粗糙度.根据微观金属表面反射特性,采用基于Torrance-Sparrow光照模型的明暗恢复形状算法,完成了镗加工表面图像三维形貌重构与表面粗糙度参数检测.     

基于MATLAB的三维超声成像及图像处理

三维超声成像与传统的二维超声成像相比,能提供丰富的立体结构信息,有着广泛的用途.专为研究目的设计了基于虚拟仪器的三维超声实验平台,因此可以利用基于计算机的各种处理软件,对该平台所采集的三维数据进行研究.利用MATLAB对实验数据进行了基于表面轮廓法的三维图像重构,观察不同的平滑领域参数以及轮廓提取阈值对三维重构效果的影响.还利用MATLAB对重构后的三维图像进行旋转、切割、切片,从各个角度对立体图像进行观察;并能够进行生物测量,距离测量的相对误差不大于8.00%,容积测量的相对误差不大于8.03%.重构后的图像保持了原物的形状与大小.     

双振镜点扫描三维形貌测量系统

针对远距离大尺寸物体三维形貌测量的要求,设计并实现了基于激光三角法原理的双振镜点扫描三维形貌测量系统。介绍了系统的结构和测量原理,并对系统进行建模,推导了被测物体表面测量点的三维坐标计算公式。构建了原型系统,利用专用的二维平面靶标在测量空间内自由摆放数次,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,以坐标系转换为基础实现了测量系统结构参数的现场标定。利用李萨如图扫描模式分别对靶标平面、已知直径的球面及石膏像自由曲面进行了测量实验。结果表明,测量距离1m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.70mm,球面直径测量误差均值为0.51mm;测量距离10m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为17.85mm。该系统可用于远距离大尺寸物体表面的三维形貌测量。     

应用光切法显微镜测量三维表面的形貌研究

叙述光切法显微镜测量三维表面形貌的方法。采用计算机对在光切法显微镜下拍摄的零件表面截面轮廓图像进行了图象的识别与处理,从而获得表面各个截面形貌的二维轮廓数据,再通过样条插值获得三维表面轮廓形貌．     

基于分形理论的导轨结合面微观形貌模拟研究

为了准确识别和表征机床导轨结合面微观形貌,基于分形理论和统计学方法,利用Matlab对导轨结合面微观形貌进行了两向异性曲面模拟和各向同性曲面模拟,用原子力显微镜对接近导轨平面的试件表面进行测量,通过分析测量结果分别得出相应的分形参数和其他三维评定参数。研究结果表明两向异性模拟法得出的曲面更接近真实导轨结合面,但仍有误差。总结了造成误差的主要原因。研究结论对机床导轨的初始设计具有参考价值。     

显微三维表面重构

介绍了显微立体视觉系统中微观物体表面的三维重构技术,详细论述了显微立体视觉系统的组成,以及从图像获取、显微图像处理、特征提取、立体匹配、摄像机标定、深度确定到最终曲面插值的三维表面重建过程.着重讨论了基于显微图像的特征提取和立体匹配方法,另外在系统论述基于显微立体视觉系统的微观物体表面三维重构的一般方法和步骤的基础上,针对现有方法的不足,指出了改进的方向.