点云是一种重要的三维表达方式,在计算机视觉和机器人领域都有着广泛的应用。由于真实应用场景中存在遮挡和采样不均匀等情况,传感器采集的目标物体点云形状往往是不完整的。为了提取点云的特征和补全目标点云,提出了一种基于多分支结构的点云补全网络。编码器从输入信息中提取局部特征和全局特征,解码器中的多分支结构将提取的特征转换成点云,以得到目标物体完整的点云形状。在ShapeNet和KITTI数据集以及不同残缺比例、不同几何形状的情况下进行实验,结果表明,本方法可以很好地补充目标缺失的点云,得到完整、直观、真实的点云模型。

正弦结构光场普遍应用于精密光学的三维测量,其正弦性直接或间接影响三维测量的精度。根据正弦条纹的周期性和对称性等几何特征,以计算机产生的标准正弦条纹单个周期作为编码对象,提出一种“S”型路径误差扩散的二元编码方法。整个正弦结构光模板通过周期性复制编码单元来实现,再通过高分辨率光刻技术加工制作在镀铬玻璃基板表面上。模板调制照明光源后,表征二元编码特征的高频信息直接被投影光学系统滤波,而表征正弦条纹信息的低频信息得以保留,从而实现正弦结构光场。最后建立光学系统的光学传递特性模型,对其固有的低通滤波机制进行解释。通过计算机模拟和实验进行验证,结果表明提出的正弦结构光场编码方法和制作工艺具有可行性。

传统的调制度测量轮廓术在进行系统的标定时，需要将标准平面多次精密移动，以建立调制度与实际物理高度的映射关系，同时还要对摄像机进行单独的标定。提出一种新的用于调制度测量轮廓术系统的高度映射与相机同时标定的方法。该方法用一个含有多个台阶的标定模块代替传统的调制度测量轮廓术标定方法中使用的标准平面及复杂的平移定位系统，多个高度相同但空间离散分布的台阶构成多个虚拟校准平面，虚拟平面上的调制度分布是通过一个拟合过程实现的，同时多个台阶的中心点还可以作为立体靶标用于相机标定。这种标定方法的特点是：只需要一次扫描测量过程就可以完成系统的标定，包括建立调制度与高度的映射关系和对相机的标定。阐述了该标定方法的原理，并给出实验结果说明了该标定方法的有效性。

提出一种利用条纹反射原理测量非球面镜的新方法。测量过程中, 利用液晶屏显示正弦条纹, 由摄像机记录由待测镜面反射产生的条纹图。并将显示屏和摄像机分别沿待测镜面轴向移动。摄像机在每个移动位置上, 记录下显示屏移动前后产生的两幅条纹图。通过相移方法, 得到条纹图的相位信息后, 对摄像机上每个象素点, 能在待测镜面上找到一个对应待测点, 并在获得该待测点的梯度信息的同时,获得该点位置坐标信息。最后通过积分, 恢复待测镜面的三维高度信息。该方法不需辅助反射镜与干涉仪, 能更加方便灵活地测量非球面镜。并且该方法有较好的抗噪性能, 在噪声较大的情况下, 仍能对非球面镜进行测量。模拟及初步实验均验证了该方法的可行性。

本文详细介绍了依据条纹反射术测量镜面、类镜面的原理和方法,分析了经由梯度数据重建三维面形的主要算法和关键问题。通过计算机模拟和波面实际测量,对十字路径积分法、傅里叶变换积分法和区域波前重构法三种主要算法的重建精度进行了对比研究。研究表明:区域波前重构法不但对高频噪声有较强的抑制作用,同时也可以处理复杂的连通区域和非等间距分布梯度数据的复杂情况,因此更适用于基于条纹反射术的波面测量。

反向条纹投影技术是一种应用于在线或批量检测的快速而稳定的光学三维面形检测技术。提出了一种新的产生反向条纹的算法, 新的算法建立投影器坐标系与摄像机坐标系的正向映射变换关系, 通过投影器坐标系上一个像素点的两套相位值, 找到其在摄像机坐标系中对应的位置, 即产生投影器坐标系像素点在摄像机坐标系中的注册。由于期望在摄像机中观察到的条纹图像只是简单的正弦条纹图像, 直接读取注册点的期望条纹相位, 很容易产生反向条纹。计算机模拟和反向条纹投影实验中的相位标准差分别达到7.044×10-6 rad和3.34×10-2 rad, 比以前的方法在精度上有了较大的提高, 并简要分析了精度提高的原因。计算机模拟和实物测试实验都验证了该方法的可行性。

提出一种适用于更普遍情况的计算方法,推导了投影装置与成像装置双瞳不等高且双轴不共面时的条纹获取公式,推导出新的相位获取公式以及相位高度映射公式,使得系统可以在双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时进行正确的三维测量。与传统的傅里叶变换轮廓术(FTP)相比,该算法实验系统的搭建更容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便全场条纹的获取; 与改进的傅里叶变换轮廓术(IFTP)相比,只需要对系统测量三个长度量,系统参量的获取更容易和准确,从而误差变小,测量结果更加接近真实。