区域性独立坐标系与三维地心坐标系的转换

对于区域性独立坐标系与三维地心坐标系之间的互相转换,提出了一种在GPS网平差中不以54或80国家参考椭球为过渡的平差转换方法.在有条件地通过网平差使全部GPS网点获得精确的三维地心坐标情况下,先基于WGS 84(1984世界大地坐标系)椭球进行椭球变换,再在高斯平面上平移旋转转换,就能方便、精确地将三维地心坐标转换到既有的独立坐标系上.其优点是,在GPS网平差的同时,不仅能实现两种坐标系之间的精确转换,而且能得到供整个测区长期应用的一整套转换参数.类似地,又提出了利用3个重合点在较小区域求定转转换参数的简便实用的方法.     

UCS用户坐标系的应用

AutoCAD2008中UCS用户坐标系的灵活多变性对于初学者来说,比较难以掌握。三维绘图时,用户可以在任意位置、沿任何方向建立UCS,从而使得三维作图变得更加容易。本文通过实例介绍了UCS用户坐标系在三维建模中的具体应用和技巧。     

对Jacobi坐标系的研究

根据Jacobi坐标系的定义,参考N体系统在惯性坐标系中的运动方程,讨论了在推导Jacobi坐标系运动方程时存在的几个问题,分析出现问题的原因,给出Jacobi坐标系的扩充定义,推导出包括P1在内的N本系统在Jacobi坐标系中的运动方程。     

变胞多指灵巧手手掌尺度综合

分析新型的变胞多指灵巧手,设计一个能完成3种指尖抓持姿态的手掌.多指灵巧手变胞功能增强了机器手的灵巧度并增大了其工作空间,当手掌杆件静止时,每个手指都在一个平面内运动.由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法向量的问题.建立球面变胞手掌的全局坐标系,得到3个手指平面的单位法向量在此全局坐标系下的表示,将抓取姿态映射成为姿态直纹面.分析3种常用指尖抓持姿态,得到实现抓持姿态时手掌需要满足的条件,并转化为非线性方程组的求解问题,得到满意的数值解.最后利用三维造型软件进行仿真,验证了计算的正确性.     

基于增强现实的鼻内窥镜手术导航系统

针对目前传统鼻内窥镜手术过程中易引发并发症的问题,提出了一种基于增强现实技术的鼻内窥镜手术导航系统.系统将病人脑组织、眼球及血管等三维模型实时叠加到内窥镜的手术视野中,在手术过程中对医生进行指引和提醒,此种方式能够减少鼻内窥镜手术并发症的发生.术前对病人进行CT或MRI扫描,并对扫描结果分割重建获得病人颅内组织或器官的三维模型;再用三维扫描仪扫描获得病人面部数据.采用DLT算法将CT坐标系及光学跟踪器坐标系分别与三维扫描仪坐标系进行配准.术中使用光学跟踪器对手术器械进行实时跟踪,利用配准结果完成虚实融合叠加.通过实际实验验证,系统精度达到亚毫米级,能够满足实际手术操作的需要.     

人体膝髌股关节相对运动分析

采用CT测量建立人体膝关节在静态下伸直位、名义屈曲度30°、60°、90°和120°不同屈曲位的三维点云模型,通过三维图像配准和坐标变换进行人体膝髌股关节相对运动分析.采用三维图像配准技术,将不同屈曲位的膝关节三维图像放入同一坐标系中,将不同屈曲位的膝髌股关节股骨和髌骨的物体坐标系建立在同一位置和方向上,从而避免了在不同坐标系下分别建立物体坐标系所带来的误差.建立人体膝髌股关节各骨组织的正交坐标系,通过运动坐标系坐标变换得到人体膝髌股关节相对运动的数据.研究结果有助于正确认识人体膝髌股关节的运动、优化全膝关节置换髌骨假体的设计并改善手术效果.     

MEMS惯性测量组合初始标定方法研究

为了降低MEMS惯性测量组合(IMU)的测试成本,提出一种借助于机器视觉技术标定MEMS惯性测量组合的方法.综合考虑了3个加速度计和3个陀螺仪的标定因数、零偏误差和安装方位误差因素的影响,建立了IMU数学模型.在外力的推动下,悬挂于2个屏幕之间的IMU作不规则运动,安装在IMU上的2根准直激光束在屏幕上生成4个指示光斑.借助于双目三维重构技术测量指示光斑在世界坐标系内的坐标,然后应用欧拉角算法确定载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量.求解IMU数学模型,确定模型中的待定参数.实验结果表明:该文给出的方法可以准确测量载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量.     

一种新颖的三维零位标记

提出了一种新颖的三维零位对准标记.采用特殊编码的平面零位光栅通过分束棱镜成像在两个相互垂直的平面内,通过调节保证两平面在共有方向的零位重合,从而在三维空间内形成一个完善的X-Y-Z方向的原点重合的绝对坐标系,克服了现有技术只能进行一维或二维平面定位而不能实现在三维坐标系上进行绝对定位的缺点.这种三维零位标记系统简单,可以实现纳米级精度的三维绝对零位.     

基于OpenGL的三维虚拟对象拾取与查询系统

为满足虚拟漫游系统实时信息查询的需要,本文研究了基于OpenGL的三维虚拟对象的拾取问题.通过分析OpenGL的坐标系及坐标系变换原理,给出了三维空间对象拾取的基本流程;基于传统虚拟漫游系统,采用三层体系架构和空间包围盒技术,提出了三维虚拟对象双向查询的实现方法.以校园虚拟漫游为例,实现了三维虚拟对象的拾取与双向查询,验证了本方案的实用性与可行性.     

讲授令人困惑的定点转动问题

定点转动需要两个三维坐标系、三个独立变量来描述其运动.由于它空间性强、矢量关系复杂,运动图像不易展示,成为教学中的难点.我们利用三维动画辅助讲解,较好地解决了这一问题.     

基于双目视觉的鱼类游动三维轨迹跟踪

针对鱼类游动三维跟踪问题,提出了一种通过双目视觉对鱼类进行游动空间定位与连续跟踪的方法.在对双目摄像机立体标定及畸变矫正的基础上,通过混合高斯背景建模对游动的鱼进行目标识别、轮廓提取,计算得到鱼在两个摄像机坐标系中的形心,再通过三角测量法将两个摄像机坐标系下对应时刻的形心进行融合,获得该时刻鱼在三维空间的形心坐标,连续测量鱼的动态三维形心坐标序列,即可得到以三维形心度量的鱼的游动轨迹.并通过试验验证了方法的有效性,可为研究鱼类游动行为提供参考.     

农村房地一体化测绘的研究

研究探讨了农村房地一体化测量中边长投影变形与坐标系选择、界址点标志建立、宗地草图绘制问题.通过研究得出如下结论:1)当边长综合投影变形超过规范规定的2.5 cm/km时,可建立两套坐标系,一套为CGCS2000坐标系,另一套为抵偿坐标系,两种坐标系下成果分别供上报数据和本地 日常管理使用;2)界址点可以不在实地做标识;3)宗地草图一定要现场绘制,其底图可以多样性,但同一个村应该有同一性质的底图,决不允许用宗地图代替宗地草图.     

空间物体定位的机器人手-眼视觉标定方法

提出了一种用于空间物体定位的机器人手-眼视觉标定新方法。该方法用一恒定变换矩阵描述末端执行器坐标系与机器人坐标系的对应关系,并假定在标定过程中,物体至摄像机的距离保持不变,将三维定位的问题简化为二维问题处理,极大地减少了计算量。当未端执行器的位置变化时,不需要对系统进行重新标定。     

提取空间拟合椭圆模型的中心坐标算法

采用古塔每一层8个观测点的坐标,给出了解决各层中心位置坐标的通用方法.先用一个平面对原始观测数据进行空间平面拟合,把原本三维的问题降低到二维来考虑,使得原本的空间曲面问题简化成了平面问题.然后在该平面上建立局部坐标系,通过坐标变换得到观测点在局部坐标系下的坐标.再利用椭圆曲线拟合这8个观测点,得到椭圆的方程,椭圆的中心即为该塔层的中心.最后利用坐标逆变换得到在原始坐标系下的中心坐标.仿真实验和实验表明,该算法可以用来解决空间建筑物的中心位置进行标定的问题.算法比其它的算法具有速度快和推广价值高等优点.     

基于三维测量的奶牛体型性状指标的数据采集

采用立体视觉的三维测量方法重建奶牛的三维模型,实现了对奶牛的体型性状指标测量,首先通过立体标靶进行摄像头的标定,然后利用SIFT(scale invariant feature transform)尺度不变特征点匹配算法对图像进行特征点提取与匹配,最后通过投影矩阵计算匹配特征点的三维坐标;针对双目视觉中摄像头视角范围受限问题,提出通过在相邻视点的公共区域设置标记点,根据标记点计算不同坐标系的转换关系,将各局部特征点转换到统一坐标系下,从而实现不同视点下各局部区域的三维拼接.实验表明,采用该方法重建的奶牛模型较理想,测量精度和测量效率满足评定要求,能够取代手工测量.     

三维坐标转换的总体最小二乘拟合推估

最小二乘的Gauss-Markov误差模型在三维坐标转换参数求解中存在缺陷,而求取坐标转换参数的目的是计算非公共点在目标坐标系的坐标,因此提出了一种三维坐标转换的总体最小二乘拟合推估法。考虑了原坐标系中公共点坐标和非公共点坐标的相关性以及非公共点在原坐标系中的坐标误差对模型的影响,对计算坐标转换参数和计算非公共点在目标坐标系中的坐标进行联合处理,推导出三维坐标转换的总体最小二乘拟合推估模型和求解方法。算例表明,利用新方法计算结果相比其他2种方法更加精确,均方根误差降低至0.077 3,相对百分误差降低至1.54%,证明了新方法的有效性和可靠性。     

对房产测量坐标系统选择的探讨——以益阳市为例

坐标系统的合理选择是进行房产测量时首先应解决的问题.从影响房产测量坐标系统选择的2个方面出发,总结出了房产测量可能选用的坐标系统;根据益阳市的地理位置和平均高程,指出了益阳市房产测量可以选择的3种坐标系统,并且进行了比较.     

图像引导放疗系统中病人摆位的关键问题研究

在图像引导精确放疗中kVCBCT是校正病人摆位的一种重要手段,它能生成清晰的三维病人解剖图像．笔者讨论了多自由度病人摆位问题．提出了肿瘤靶区质心、治疗计划CT图像坐标系原点、CBCT图像坐标系原点三点的重合对于校正病人摆位是非常重要的．此外,笔者还提出一种新的坐标系分类方法．     

在光密——光疏界面反,折射的电矢量分析

导出单色平面偏振光入射到光密－光疏界面时,反射光与折射光电矢量在三维直我坐标系中的矢量表达式。     

臂载线结构激光手眼矩阵的精确标定——多坐标系转换法

针对臂载线结构激光手眼结构的标定问题,提出一种多坐标系转换法.该方法借助激光跟踪仪和标定物,测量末端连杆和线激光坐标系相对于激光跟踪仪的齐次变换矩阵,从而快速计算线激光坐标系相对于机械臂末端连杆坐标系的手眼矩阵.该方法具有操作简便、误差小、精度高、对实验器材没有严格要求等优点.使用移动-转动-移动(PRP)三自由度机械臂进行手眼矩阵标定实验.实验结果表明:手眼矩阵旋转轴测量误差小于0.001,旋转角度误差小于0.07°,位移矩阵误差小于0.25 mm.该方法适用于任意二自由度及以上的机械臂与二维或三维传感器形成手眼结构的手眼矩阵标定.