基于二维曲率数据的空间曲面形态重构算法

面向航空航天器关键板状结构形态变化主动监测研究领域,以一种表面正交网状粘贴电阻应变片的柔性悬臂板结构为实验模型,提出了一种基于二维曲率数据的空间曲面形态重构算法.首先,基于分布式应变片网络检测结构表面双向正交应变信息,并将结构测点应变信息转化为曲率数据;其次,在板面建立由空间曲线阵列组成的正交曲线网,在正交曲线网上建立运动坐标系;然后,利用给定的边界条件和节点曲率信息计算节点坐标,同时利用两个正交曲率的耦合关系,对正交两个方向坐标系进行坐标变换,实现节点坐标的递推运算;最后,构建了实验模型结构和可视化实验平台,并进行实验验证与算法比较分析.实验结果表明,本文所提形态重构算法有效可行,不仅可精确实现结构纯弯形态重构,同时对扭转形态具有优良的重构效果.     

基于ICP算法的脊椎手术导航配准技术

针对计算机辅助脊椎手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际对象的配准问题,提出一种基于Visualization Toolkit(VTK)的在三维可视化平台环境下通过电磁定位系统进行配准的两步配准策略:首先,在虚拟空间和实际空间中的脊椎骨表面取几个特征点,进行粗配准;然后,在实际空间利用电磁定位探针在脊椎骨表面取点,并从虚拟空间提取对应的脊椎骨表面点;最后通过ICP(最近点迭代)算法进行精细配准.同时对ICP算法进行了模拟验证和精度分析,以脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,并进行了误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下最后的配准精度可达到临床手术的要求.     

基于空间正交曲率信息的三维曲线重构方法分析

面向高性能飞行器结构形态主动监测研究背景,以光纤光栅柔性细杆机敏结构为研究模型对象,侧重于空间正交曲率信息的三维曲线重构方法分析和研究.在简述基于正交分布式光纤光栅传感阵列曲率检测原理基础上,进行空间三维曲线重构方法分析,并给出了详细的算法过程和实现步骤,同时进行了离散曲率连续化方法分析;基于V isual C++开发平台及OpenGL技术,针对方法研究结果与算法分析过程,开发可视化仿真实验环境进行了实验分析与验证,基于3种离散曲率连续化方法进行图形重构效果对比;实验分析结果不仅表明了3维重构方法与实现过程的有效性,而且获得了离散曲率连续化方法上的相关有益结果.     

基于智能空间的家庭服务机器人SLAM

提出了基于智能空间的家庭服务机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法.利用双目立体视觉传感器提取环境特征,获取环境中物体的Harris角点,通过立体匹配算法获取角点的三维几何信息,同时获取环境中这些几何特征对应的图像特征信息,并将混合信息进行绑定,作为实时更新信息存入智能空间信息库中,构建出三维立体混合特征地图.在SLAM实现过程中,首先建立系统模型并对该模型进行重构以实现线性化;其次移动机器人与智能空间实时地进行交互,实现快速数据关联;最后利用卡尔曼滤波算法处理信息的不确定性,估计出机器人的位姿,同时保存环境特征,逐步构建出环境地图.实验表明,该方法实时性好、精确度高.     

地质体的三维形态分析方法与应用

针对隐伏矿体立体定量预测中复杂形态地质体的空间分析问题,利用数学形态学和欧氏距离变换理论,提出基于三维栅格模型的地质体三维形态定量分析的方法.利用开闭滤波或闭开滤波的数学形态学变换,构建地质体表面形态趋势的提取算法;将形态滤波、欧氏距离变换、全局集合运算结合起来,建立地质体形态起伏定量分析及分级提取模型;采用基于欧氏距离场的计算模型,提出地质体表面与趋势面夹角的提取方法.在建立地质体三维栅格模型的基础上,将地质体三维形态定量分析方法应用于安徽铜陵凤凰山矿田的新屋里岩体分析,实现地质控矿因素指标的定量提取.研究结果表明:采用该方法对地质体进行形态分析,可计算出地质体的各种形态参数,并提取出地质控矿因素量化指标,能有效地应用于隐伏矿体立体定量预测.     

基于空间逻辑的仿真实体三维模型重构

根据作战仿真可视化的需求,为提高仿真实体三维模型存储、复用和使用效率,分析了作战仿真实体模型数据管理的优缺点,采用空间逻辑描述和空间逻辑变换,提出了一种新的实体三维模型数据结构和存储方法,设计了三维实体模型快速重构的几何层次与数据结构体系,建立了实体三维模型全局层、集合层、单元层、表面层、顶点层和空间逻辑层,并给出了模型重构的算法。结合某型坦克三维实体模型的重构应用实例,实现了实体各部件的空间逻辑标准化,为作战单元实体仿真三维模型重构提供了一种可行的技术途径。     

基于真实细观尺度的沥青混合料三维重构算法

利用X-ray CT扫描沥青混合料试样,获取混合料内部真实细观结构的CT图像。重点对沥青混合料的三维重构算法进行研究,提出实现三维重构的关键:像素单元体与节点匹配技术。通过构建像素单元体和节点的三维空间维度以及相互逻辑匹配关系,建立初步的三维数值模型,在此基础上,采用指针扫描对数值模型中的混合料单元体进行提取,同时按照空间实际分布形态准确分割出混合料中的集料、砂胶和空隙。     

用于三维重构的相机标定算法

为了从物体的二维图像参数中得到三维重构模型,需要通过相机内部参数,建立真实物体与对应成像物体的关系模型,提出一种借助双平面镜进行三维重构的相机自动标定算法.通过两个普通平面镜获取被摄物体的5个不同角度二维图像投影,自动标定算法依赖物体的投影轮廓线计算相机内部参数.试验结果表明,通过相机自动标定算法获取轮廓和相机的参数信息,能有效地实现基于视觉外壳算法的三维重构.     

不完备轮廓图像小天体三维重构算法

受光照角度的影响,探测器拍摄的小天体图像不完整,三维重构困难。针对此问题,本文提出一种基于不完备轮廓的小天体三维重构算法。该算法利用太阳的方位信息,确定图像上二维太阳光的矢量方向,结合不完备轮廓,计算出扩展轮廓,然后计算出三维包围盒,划分体素,进行三维重构。利用平均半径对重构结果与参考模型的豪斯多夫距离进行归一化,评价重构质量。仿真结果表明,重构误差小于4%的分布概率占95%以上,并对光照角度变化具有一定的鲁棒性。     

关节损伤对脊椎频率特性的影响分析

为研究腰段脊柱的生物力学特性,建立了一个脊椎T12-S1段的三维有限元模型.模型中对椎骨的外形结构和内部组成以及各种韧带均进行了详细建模描述,以便使之更接近人体脊椎的真实情况.研究结果表明:在考虑人体上身质量的情况下,脊椎T12-S1段三维有限元模型在垂直方向上的第一阶响应频率为7.68 Hz.椎间盘去髓核与小关节及其关节囊韧带切除均会不同程度地降低脊椎的整体响应频率.椎间盘去核比小关节及其关节囊韧带切除对模态频率的影响要大得多.模型的动态特性是符合人体脊椎的实际情况,可以用于人体脊椎的相关研究.     

内固定器对人体颈椎运动生物力学性能的影响

在失稳颈椎内安装固定器后,其稳定性的生物力学评价是医学研究的一个重要课题。该文提出了一种双目三维光学精密运动测量方法对其进行评价。采用该方法分别对保存良好的人体颈椎标本在失稳、内固定以及疲劳3种状态下的三维运动情况(包括前屈、后伸、左侧弯、右侧弯4种运动)进行了测量,并以每种运动情况下的颈椎C 1-C 2节相互旋转角度衡量其内固定的效果。实验结果表明,内固定后颈椎的旋转角度明显小于失稳时的旋转角度;内固定后模拟远期效果的疲劳加载后测试结果证实内固定的效果仍然是可靠的。     

基于医学图像的三维交互测量技术研究

三维测量技术在机器视觉、自动加工、工业检测以及生物医学等众多领域都具有重要意义和广阔的应用前景。但利用传统的测量方法,许多三维测量工作只能在基于面绘制的基础上进行表面点的测量,无法测量其内部结构组织。对此,提出了一种在体绘制基础上可对任意部位进行测量的方法;并以可视化类库VTK为基础,在Windows平台上,以VisualC++为开发工具,研究实现了一个三维医学模型测量系统。主要讨论了三维观察的具体过程和三维交互拾取技术,系统对诊断具有参考价值,为虚拟手术及远程医疗打下了良好的基础。     

微动光栅三维测量仪相移微步距控制系统设计研究

本文根据相移轮廓术的四步相移法设计了微动光栅三维测量仪微步距控制系统,利用单片机AT89C52与3955芯片的接口对3955进行设置和控制,并采用两片3955芯片驱动两相步进电机,实现了电机的微步距控制。系统通过细化步进电机步距角,提高了分辨率和光栅位移精度,满足了每隔四分之一光栅周期进行光栅图像采集的要求,控制系统结构简单,并通过人体模特光栅图像获取实验验证了设计的可行性,完全满足工业及相关三维测量的要求。     

Phase-error restraint with the empirical mode decomposition method in phase measurement profilometry

Phase measurement profilometry(PMP) uses a digital projector and a camera for 3D shape measurement.However,the nonlinear response of the measurement system causes the captured perfect sinusoidal fringe patterns to become non-sinusoidal waveforms,which results in phase and measurement errors.We perform a theoretical analysis of the phase error resulting from non-sinusoidal fringe patterns.Based on a derived phase-error expression,the empirical mode decomposition(EMD) method is introduced to restrain nonlinear phase error and improve the precision in evaluating the phase distribution.A computer simulation and experimental results prove that the proposed method can eliminate possible phase-error in PMP.     

曲面重建中的光栅投影式测量方法

散乱点云数据的测量是三维物体曲面重建的前提和基础。本文在深入研究了三维测量原理的基础上,提出了一种基于格雷码-相移组合编码技术的光栅投影式测量和标定方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误给出了一种码值修正算法。该测量方法综合了格雷码编码简单、测量范围大、抗干扰性强以及相移法分辨率高,适合测量小范围内表面连续的物体等优点。实验结果表明,应用本文三维测量系统测得的点云数据清晰,重建模型效果逼真,具有良好的实用性和稳定性。     

基于图像分割和孔洞修复的三维伤口测量方法

伤口测量是临床医学研究中一项重要工作。传统的接触式伤口测量方法存在测量结果稳定性差、易造成伤口二次伤害的问题,基于2D图像处理的非接触式伤口测量方法存在精度差、无法获得伤口深度信息的问题。因此,本文设计了一种基于图像分割和孔洞修复的三维伤口测量方法。采用异源图像对齐算法解决了异源图像由于视差导致的图像像素错位问题;通过基于改进的区域生长法设计了一种交互式伤口区域分割方法,实现伤口区域精准分割;最后,采用基于RBF的三维点云孔洞修复算法进行伤口皮肤复原,从而得到伤口的最大深度、体积等三维参数。实验结果表明,本文方法的测量误差低于3%,其测量精度以及稳定性皆优于接触式和基于2D图像处理的伤口测量方法,满足临床使用以及医学研究的应用需求。     

一种采用单照相机的三维人体测量方法

非接触式三维人体自动测量是现代化人体测量技术的主要特征,也是今后人体测量的趋势所在.在分析国内外非接触式三维人体测量方法的基础上,提出一种采用单照相机的三维人体测量方法.首先通过在单照相机前加一套镜面组合系统,进行实时拍照,获得一张同时记录人体的正面和侧面的照片;然后通过基于图像的人体特征区域和特征参数提取得到人体尺寸信息(尺寸、轮廓点和轮廓线).试验结果验证了此方法的可行性.     

改进的RBFNN用于机器人三维表面 测量系统曲面重构

为克服三坐标测量机检测速度慢等缺点,提出机器人三维表面测量系统. 针对该系统设计了一种基于径向基神经网络(RBFNN)的简洁快速曲面重构方法. 该方法考虑到RBFNN选取的神经元函数为高斯函数,将机器人三维表面测量系统获得的点云数据投影到二维平面,然后将该二维平面平均分割,选取分割点为RBFNN神经元的中心,避免了模糊c-均值法选取中心需要迭代计算的缺点,并且重构的网络训练精度和测试精度均高于模糊c-均值法选取中心设计的网络精度. 利用该测量系统获得的实际点云数据验证了     

多视点三维测量系统的全局标定方法研究

针对线结构光三维测量速度较慢和易发生遮挡问题，开发了一种多视点线结构光三维测量系统．并针对本系统提出了一种简易的基于线结构光的多目视觉三维测量系统全局标定方法，标定过程只需要一块可自由移动的共面靶标，即可将所有摄像机局部坐标系统一到光平面测量坐标系，实现多视点测量数据的自动拼接．实验表明，该方法方便易行，适合现场标定，同时满足系统精度要求．