基于激光视觉的大尺寸测量系统的研究

应用多个激光点结构光传感器对大尺寸工件横断面进行扫描，形成多个光切平面；拟合各个光切面上离散点为空间椭圆曲线，求出光切面中心的空间三维坐标，由此确定大尺寸工件轴线的直线度，并计算出横截面几何形状。提出了一种大尺寸工件直线度激光视觉测量方法，推导了数学模型，进行实验研究并给出实验结果。     

在机检测中STL格式自然二次曲面特征参数的提取

根据工件的几何特征及其参数进行测量轨迹规划是在机检测系统中重要的环节之一.为了从STL(stereo lithographic)文件中提取出其所描述的工件模型的几何特征及参数,给出了一种针对其数据文件格式特点的自然二次曲面特征参数提取新方法.该方法首先根据三角面片法向量在高斯球面的映射图像判定自然二次曲面几何特征,然后将快速聚类法和Gauss-Newton法相结合,对STL文件中坐标点进行几何特征参数的计算.计算实例表明,该算法能够稳定、准确地提取出自然二次曲面的几何特征参数.     

基于改进的FREAK算法的机器人抓取系统

为了解决工业机器人对带有复杂纹理的平面型工件的识别与定位问题,将机器视觉技术与工业机器人相结合。利用改进的FREAK算法对目标工件进行快速识别,并根据工件的形状和单应矩阵计算出工件的形心坐标和旋转角度,再结合双目视觉系统,获取机器人抓取点的三维位姿信息,引导SCARA机器人抓取目标工件。实验结果表明:在复杂的工业环境下,机器人抓取系统能够准确识别出目标工件,具有良好的鲁棒性,同时也满足工业生产的实时性要求。     

CPIII平面控制网数据处理方法的研究

目的为了能够精确计算CPIII平面控制点坐标的最优估计值并评定其精度,提出一种CPIII平面控制网的数据处理方法.方法以各测站点为原点,计算各测站上所有观测点坐标;采用相邻测站同名观测点坐标计算四参数,将相邻测站观测点坐标统一到假定坐标系统下;采用CPI和CPII已知坐标和假定坐标再次计算四参数,计算所有观测点概略坐标;利用间接平差的方法求得CPIII控制点的近似坐标,并进行精度评定.结果以武广客运专线中某8 km平面控制网为例,计算84个CPIII控制点间接平差后坐标,最弱点的点位精度为0.000 92 m,所有CPIII网的点位精度达到±0.001 m.结论该数据处理方法能够精确计算CPIII平面控制点坐标并评定其精度,满足CPIII平面控制网数据处理要求.     

基于正交消影点的摄像机标定方法

利用3个正交方向的消影点在图像平面上提供的几何关系,首先计算出主点坐标,然后根据正交方向上的消影点与消影线对绝对二次曲线的像的约束方程,计算出其余参数;方法原理简单,只需要一幅图像就可实现摄像机内参数的求解;结果表明,方法具有较高的精度和较好的稳定性。     

大变形柔性梁系统的绝对坐标方法

研究了绝对坐标法在大变形柔性梁系统刚柔耦合动力学问题中的应用．考虑几何非线性，用绝对坐标法推导出有限元离散的平面梁系统的动力学方程．用能量守恒原理验证了绝对坐标法计算结果的正确性．比较大变形时的绝对坐标法与一次近似的混合坐标法的计算结果表明，文中绝对坐标法比一次近似的混合坐标法模型更精确，适合于大变形的情况．     

确定变形前后参数曲面间点对应关系的算法

针对参数样条曲面变形或近似展开时变形或近似展开前后点的对应关系的确定问题，提出了一种算法：根据参数样条曲面与其参数平面上点的一一对应关系，用参数平面将变形或近似展开前后的曲面联系起来，通过由坐标反解参数和由参数正解坐标，建立起其上点的对应关系。     

岩体空间结构体的计算机识别

在岩体的开挖过程中,岩体的结构面与开挖临空面极易构成威胁工程的不稳定块体,影响边坡、隧道、地下洞室等工程的稳定性,因此如何根据开挖面上结构面出露特征快速确定这些不稳定块体,对工程设计、施工及支护都具有重要意义。本文在得知结构面参数(结构面的倾角α、其倾向β以及结构面上任意点的坐标P(X0,Y0,Z0)或平面上不在同一条直线上三个点坐标)情况下,采用计算几何理论,解决了块体的快速搜索与识别问题,运用C++语言编程,实现了四面体、五面体、六面体和七面体四种常见可能滑动块体的快速搜索与识别,计算出面积和体积,并利用OpenGl实现块体可视化,为关键块体稳定性分析以及支护参数的确定奠定基础。     

基于几何图像滤波的3D人脸识别算法

针对表情变化下的三维人脸识别问题,提出了一种基于几何图像滤波的特征提取方法,并根据样本图像滤波后的特征分布函数给出最优卷积滤波器的设计过程.首先,利用网格平面参数化方法,将人脸网格映射到边界为正四边形的平面区域内,经过线性插值采样得到具有三维形状的二维几何图像;然后,将整体几何图像切割成局部分块图像的集合,在每组局部分块图像构成的训练样本库中利用差分进化算法对滤波器进行优化设计;最后,利用训练得到的最优滤波器提取对应分块图像的局部特征并计算相似度,将相似度得分融合,即可得到最终识别结果.利用FRGC v2人脸数据库进行实验验证,结果表明,使用几何图像滤波能显著提高算法的精度和鲁棒性.     

用面阵CCD检测工件平面运动参数

在一些焊接过程中,需要测量作平面运动工件上点的位置、位移、速度和工件的角位移、角速度.对利用面阵CCD测量作平面运动工件运动参数的方法进行了研究.用面阵CCD获得了带有2个标记的工件运动信息的时变序列图像.采用阈值为一个范围的改进二值化方法,对采集的图形进行二值化处理.确定了在比较复杂背景中提取标记的代数运算方法和离散干扰点的判别准则.对提取出的2个标记进行分割,确定标记形心的坐标和工件的角位移,并通过数值方法计算出标记形心的速度和工件的角速度.实验结果与用其他传感器获得的结果比较吻合.     

改进的三维坐标测量编码图案投影方法

为改进后的图案编码的识别和三维坐标的计算提供理论和技术依据,测量物体的三维坐标,恢复物体三维面形图。用３灰度级块状图案构成编码图案投射到被测物体上,通过新的解码算法实现对应点之间的匹配,并用坐标变换方式计算三维坐标。     

激光产面方程生成与误差分析补偿

研究了在三维曲面工件上进行激光加工时平面坐标及方程的生成方法,所生成的平面方程与曲面方程之间的误差及其补偿措施,平面生成方法有算术平均法,加权平均法和人工智能神经网络法,后２种方法计算精度高而被采用。     

面向快速原型的数据处理与三维造型一体化软件系统

基于MDT软件环境，开发了面向快速原型（RP）的数据处理与三维造型一体化软件系统．首先对系统的集成框架进行描述，然后在深入研究MDT软件平台下CAD模型数据的内部表达方法以及拓扑信息和几何信息提取方法的基础上，运用基于网格划分的曲面与平面求交原理，构造并实现了一种法矢和面积双重判据的自适应直接分层算法．按照所提出的新型二维层片数据文件格式，运用VC＋＋6．0和MDT软件应用程序开发接口，对MDT软件进行二次开发，从而实现了CAD造型与RP数据处理的无缝集成．研究结果表明，该系统具有良好的柔性和实用性，可有效提高快速原型制件质量和简化数据前处理的过程。     

基于SolidWorks三维模型参数化设计技术的研究

论述了在Solidworks平台上开发三维参数化设计系统的方法,并通过实例说明了企业建立系列件库的方法。     

用三维局切面族逼近法实现逆向精确造型

在某点邻域构造初始三维局切面，以黎曼图表示局切面间的邻接关系，用欧几里德最小生成树实现局切面的法矢一致化，再用步进立方体法进行轮廓追踪，最后用能量函数法优化初始网格。该逆向造型方法除点的三维坐标外无需任何附加信息即可确定离散点蕴涵的拓扑信息，适于精确地反求具有任意拓扑结构的原型体。     

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计

基于双目立体视觉的目标空间坐标计算及姿态估计方法、双目立体视觉系统标定和双目视觉系统校准技术,构建了三维场景中目标的空间坐标与图像中点像素坐标的对应方法.通过双目立体视觉系统采集目标图像,采用基于半全局立体匹配(SGBM)方法,实现了目标中心点三维坐标的计算,并通过背景差分的手段获得目标轮廓,获取目标在水平面的旋转角度,配合焦点所处的坐标位置标示,即可提取目标姿态信息.采用以上方法对电力仪表的姿态进行估计和验证,结果表明:设计的方法可以完成电力仪表的空间坐标计算以及姿态估计,可实现对电力仪表的准确抓取,为机器人在电力系统人工智能领域的应用提供参考.     

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．     

多维数据2D图表示的统一数学描述与唯一性证明

讨论了多维数据2D图表示的统一数学描述问题.多维数据的2D图表示可分为单点表示和多点表示.这两种表示的数学描述通式,一般是在直角坐标系下的点或者矢量表达式.在建立多维数据集合和二维平面定序图形基元集合间映射关系的基础上,证明了该表示是唯一的.     

一种基于数字化仿形系统的空间刀补方法

提出一种针对由数字化仿形系统所采集的工件表面数据直接进行空间刀补的方法。采集过程中，除了记录点的坐标外，相对应的测头压偏量也被记录下来。运用空间矢量运算得到表面上各点的法矢，进行空间刀补。利用此方法设计了一套数据处理软件系统，实现了阴阳模配对加工等功能。它具有占用内存小、运行速度快、使用简单、可靠的优点。     

三维可视化显示心外膜电生理参数的方法

利用一种三维可视化显示心外膜电生理参数的方法,巧妙地将空间三维曲面变换到平面上并用Delaunay三角剖分进行图像处理,用重心坐标系进行插值,从而重建出一个较光滑的心外膜模型及其上的电生理参数分布.此方法提供了心外膜电生理参数直观且快速的显示方法.