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透明物体非侵入式三维重建方法综述(特邀)
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作者 高楠 王鹏程 +3 位作者 刘泽圳 倪育博 孟召宗 张宗华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期88-106,共19页
玻璃、透镜以及显示屏等透明物体在各个领域有着大量需求和应用,需要快速、精确和完整地对它们进行三维重建,从而客观描述物体形态、检测表面质量和保障元器件功能。但由于透明物体表面的镜面反射和折射特性,传统的三维重建方法并不适... 玻璃、透镜以及显示屏等透明物体在各个领域有着大量需求和应用,需要快速、精确和完整地对它们进行三维重建,从而客观描述物体形态、检测表面质量和保障元器件功能。但由于透明物体表面的镜面反射和折射特性,传统的三维重建方法并不适合直接应用于其三维形貌测量。为此,概述了透明物体的非侵入式三维重建方法,从基于反射光重建和基于透射光重建两个方面展开,回顾了近年来的主要研究工作。然后,详细比较了各种技术的优缺点及其适用情况,使用者们可以根据不同应用需求和测量条件选择合适的透明物体重建方案。最后,展望了该领域未来的研究方向,希望能为研究人员在完善现有方法或探索新方法时提供参考和思路。 展开更多
关键词 三维重建 透明物体 镜面反射 透射
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基于离焦二值显示和条纹投影的复合表面三维测量方法 被引量:1
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作者 邵金凤 倪育博 +7 位作者 孟召宗 高楠 高宇森 杨泽青 张国锋 尹伟 赵洪伟 张宗华 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期88-99,共12页
由于复合表面物体中漫反射部分和镜面部分反射性质不同,受到相机景深的限制,镜面成像的正弦条纹发生离焦,从而引起相位误差。为了实现复合表面物体的高效、高精度测量,本文提出了一种离焦二值结合正弦条纹的复合表面三维形貌测量方法。... 由于复合表面物体中漫反射部分和镜面部分反射性质不同,受到相机景深的限制,镜面成像的正弦条纹发生离焦,从而引起相位误差。为了实现复合表面物体的高效、高精度测量,本文提出了一种离焦二值结合正弦条纹的复合表面三维形貌测量方法。首先,本文基于刃边法与二次模糊法对系统离焦程度进行分区标定,解决了由于相机倾斜放置导致参考面离焦程度不同的问题。然后,建立二值条纹相位误差模型,确定最佳条纹宽度和离焦量范围。最后,对轻微离焦区域的二值条纹进行离焦补偿,确保相机采集的条纹均在最佳离焦范围内。在此基础上进行三维形貌测量。实验结果表明,所提方法使镜面部分误差从原来的0.033 mm降至0.019 mm,提高了复合表面测量精度。 展开更多
关键词 复合表面测量 二值离焦技术 离焦估计 参数选择 离焦补偿
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基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌 被引量:1
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作者 宿朝阳 王张颖 +7 位作者 倪育博 高楠 孟召宗 杨泽青 张国锋 尹伟 赵洪伟 张宗华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期201-214,共14页
光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行... 光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。 展开更多
关键词 相位偏折测量术 透明物体 多频相移 三维形貌
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基于彩色正交条纹的串扰与色差补偿方法
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作者 马凤 倪育博 +6 位作者 孟召宗 高楠 杨泽青 张国锋 尹伟 赵洪伟 张宗华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期236-246,共11页
提出一种基于彩色正交条纹逐像素校正串扰及色差的方法。通过投影正交彩色条纹图,建立串扰系数与平均光强、背景光强的数学模型及不同光通道间的像素匹配关系,完成串扰的消除及通道间色差的校正。对提出的方法进行实验,结果表明所提方... 提出一种基于彩色正交条纹逐像素校正串扰及色差的方法。通过投影正交彩色条纹图,建立串扰系数与平均光强、背景光强的数学模型及不同光通道间的像素匹配关系,完成串扰的消除及通道间色差的校正。对提出的方法进行实验,结果表明所提方法使得测量标准台阶的测量误差从未补偿时的0.647 mm降低为0.031 mm。与传统的串扰和色差补偿方法相比,本文所提方法的测量精度提高了0.014 mm,且所需采集的条纹图的数量减少为原来的一半,能够有效地提高条纹投影技术的测量效率及测量精度。 展开更多
关键词 光学系统 三维测量 串扰 色差 误差补偿
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基于三通道并行的高反光物体三维形貌测量
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作者 韩鹤翔 高楠 +5 位作者 张国锋 郭彤 白雅静 倪育博 孟召宗 张宗华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期181-193,共13页
传统条纹投影技术测量高反光物体时因过度曝光导致相机失真,而常用的多重曝光时间法采集图像数量过多、耗时过长,为此提出了一种基于三通道并行的条纹投影强度预测与图像融合的方法。该方法根据被测物体的光强直方图分布计算条纹最佳投... 传统条纹投影技术测量高反光物体时因过度曝光导致相机失真,而常用的多重曝光时间法采集图像数量过多、耗时过长,为此提出了一种基于三通道并行的条纹投影强度预测与图像融合的方法。该方法根据被测物体的光强直方图分布计算条纹最佳投影光强比例关系,投影对应的红绿蓝条纹。利用彩色相机在多光通道下对投影条纹的不同响应,分离对应条纹图像并选择其中不饱和并且调制度最大的像素生成各自通道的图像掩膜,根据三通道下的掩膜图像和条纹图像合成高动态范围条纹图。通过相位解算与系统标定,最终恢复出高反光金属平面与球面零件的三维形貌。实验结果表明,该方法测量误差减小至传统方法的61.2%,同样采集12张条纹图像,仅增加1张预投影图像,提高系统适应性的同时也提升了测量精度。 展开更多
关键词 测量 三维形貌 条纹投影 高反光物体 三通道 高动态范围
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基于镜面和漫反射面标定板的系统参数标定
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作者 杨小娜 倪育博 +6 位作者 孟召宗 高楠 杨泽清 张国锋 尹伟 赵洪伟 张宗华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1338-1346,共9页
为获取同一像素点镜面反射和漫反射两种反射特性的相位信息和标定数据,实现兼具镜面和漫反射面的复合表面物体三维形貌的全场测量,进而扩大测量范围,提出一种基于镜面/漫反射面标定板的系统参数标定方法。设计并制作镜面/漫反射面标定板... 为获取同一像素点镜面反射和漫反射两种反射特性的相位信息和标定数据,实现兼具镜面和漫反射面的复合表面物体三维形貌的全场测量,进而扩大测量范围,提出一种基于镜面/漫反射面标定板的系统参数标定方法。设计并制作镜面/漫反射面标定板,该标定板呈棋盘格样式,其表面带有相邻距离已知的标识。基于镜面/漫反射面标定板的特殊构型,通过限位平移的方式,结合外参约束和样条插值算法以融合获取完整参考相位。在同一坐标系下,逐像素标定空间距离、系统参数、像素位置和横向坐标XY间的映射关系。最后,利用完整参考相位和逐像素标定数据重建复合表面物体的三维形貌。实验结果表明:与非全场测量相比,基于镜面和漫反射面标定板的参数标定方法的测量范围扩大了1.5~2倍。该方法在不牺牲精度的同时,实现了非连续复合表面物体三维形貌的全场测量,扩大了测量范围,对复合表面物体的三维形貌测量有实际应用价值。 展开更多
关键词 系统标定 镜面和漫反射面标定板 复合表面 全场测量
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基于连续小波变换的透明物体相位测量偏折条纹解耦方法
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作者 陈思儒 高楠 +5 位作者 郭彤 张国锋 王鹏程 倪育博 孟召宗 张宗华 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期721-729,736,共10页
在利用相位测量偏折术(PMD)测量透明物体时,物体后表面存在寄生反射,从而产生相位误差。因此提出一种基于连续小波变换的透明物体相位测量偏折条纹解耦方法。首先提出一种基于模极大值与图像分割相结合的方法进行多脊线提取,然后提取脊... 在利用相位测量偏折术(PMD)测量透明物体时,物体后表面存在寄生反射,从而产生相位误差。因此提出一种基于连续小波变换的透明物体相位测量偏折条纹解耦方法。首先提出一种基于模极大值与图像分割相结合的方法进行多脊线提取,然后提取脊线位置处的相位值,最后解算梯度数据并利用梯度积分恢复物体三维形貌。实验结果表明,这种方法测量50.800mm直径、曲率半径范围在135.800~515.090mm的不同透镜,曲率半径误差平均为0.038mm,面形误差的均方根平均为1.4μm。所提方法可以分离耦合条纹并有效地重建透明物体两个表面三维形貌,实现高精度测量。 展开更多
关键词 应用光学 寄生反射 相位测量偏折术 条纹解耦 小波变换 三维重建
原文传递
全方位相机与转轴位姿标定方法研究 被引量:2
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作者 高宇森 高楠 +3 位作者 倪育博 孟召宗 邵金凤 张宗华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期197-207,共11页
在利用相机对物体进行感知的过程中,标定相机与外界参考系之间的位姿是测量中至关重要的一环,能否精准确定二者之间的外参决定着最终三维信息质量的好坏。然而在传统的测量系统当中,测量物体尺寸受限于针孔相机视场的大小。相比较而言,... 在利用相机对物体进行感知的过程中,标定相机与外界参考系之间的位姿是测量中至关重要的一环,能否精准确定二者之间的外参决定着最终三维信息质量的好坏。然而在传统的测量系统当中,测量物体尺寸受限于针孔相机视场的大小。相比较而言,全方位相机具有视场广、成像质量高等优点,常配合旋转系统进行全景图像生成,也可配合激光雷达点云生成场景全景模型,为目前大场景测量的主流方向。就目前存在于相机与旋转系统之间外参标定的复杂问题,文中提出了一种针对全方位相机与旋转轴之间的标定方法。该方法通过使用全方位相机,对两个二维码棋盘格进行旋转拍摄,同时通过理论推导建立起可靠的数学模型作为原理支撑,并利用光束法平差,对基于解析法获得的初步结果进行再次优化,从而获得更精确的外参估计。该方法对设备安装精度要求不高,只需在相机视场范围内,考虑标定板与全方位相机之间的摆放位置即可。实验结果表明,该方法经过优化后的平均重投影误差可控制在0.15 pixel以下,满足实验测量要求,并在不同场景下展现了良好的应用效果。 展开更多
关键词 光学测量 全方位相机 转轴 位姿标定 全景测量
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A method to generate foggy optical images based on unsupervised depth estimation
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作者 WANG Xiangjun LIU Linghao +1 位作者 ni yubo WANG Lin 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS CSCD 2021年第1期44-52,共9页
For traffic object detection in foggy environment based on convolutional neural network(CNN),data sets in fog-free environment are generally used to train the network directly.As a result,the network cannot learn the ... For traffic object detection in foggy environment based on convolutional neural network(CNN),data sets in fog-free environment are generally used to train the network directly.As a result,the network cannot learn the object characteristics in the foggy environment in the training set,and the detection effect is not good.To improve the traffic object detection in foggy environment,we propose a method of generating foggy images on fog-free images from the perspective of data set construction.First,taking the KITTI objection detection data set as an original fog-free image,we generate the depth image of the original image by using improved Monodepth unsupervised depth estimation method.Then,a geometric prior depth template is constructed to fuse the image entropy taken as weight with the depth image.After that,a foggy image is acquired from the depth image based on the atmospheric scattering model.Finally,we take two typical object-detection frameworks,that is,the two-stage object-detection Fster region-based convolutional neural network(Faster-RCNN)and the one-stage object-detection network YOLOv4,to train the original data set,the foggy data set and the mixed data set,respectively.According to the test results on RESIDE-RTTS data set in the outdoor natural foggy environment,the model under the training on the mixed data set shows the best effect.The mean average precision(mAP)values are increased by 5.6%and by 5.0%under the YOLOv4 model and the Faster-RCNN network,respectively.It is proved that the proposed method can effectively improve object identification ability foggy environment. 展开更多
关键词 traffic object detection foggy images generation unsupervised depth estimation YOLOv4 model Faster region-based convolutional neural network(Faster-RCNN)
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彩色高反光表面自适应编码条纹投影轮廓术 被引量:1
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作者 王颖 倪育博 +7 位作者 孟召宗 高楠 郭彤 杨泽青 张国锋 尹伟 赵洪伟 张宗华 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期74-82,共9页
条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色... 条纹投影轮廓术广泛应用于重建物体表面三维形貌。但当测量彩色高反光表面物体时,受环境光照及投影条纹反射的影响,存在相机所采集图像像素过饱和,进而无法测量高反光区域表面三维数据的难题。为解决此问题,本文利用物体表面对不同颜色光反射特性的差异,提出了一种根据被测彩色物体表面色彩分布的自适应编码高反光表面条纹投影轮廓术。该方法通过向高反光区域投射与表面颜色互为补色的颜色光,利用物体对互补色光的高吸收、低反射现象,抑制表面高光的形成,从而实现高反光彩色物体的三维形貌测量。实验结果表明,与多重曝光方法相比,利用单幅自适应颜色编码能够替代多次曝光时间设置下的条纹投影重建,有效降低了投影图像的数量,提高了测量效率。 展开更多
关键词 三维测量 条纹投影 高反光物体表面 颜色编码
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