1 上海大学 机电工程与自动化学院，上海 宝山200444
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 高功率激光物理联合实验室，上海 嘉定01800
本文提出一种基于CAD立体模型匹配的位姿测量方法，用于解决高功率激光装置中微小靶的高精度定位问题。该方法利用CAD文件信息构建靶的立体模型，将立体模型与3-CCD多源图像进行关联匹配，避免了传统定位方法中将多源图像单独处理产生的误差叠加问题。本文基于模型探索点的Chamfer距离转换定义靶的匹配度函数，用于评估模型与靶的匹配程度，并利用遗传算法（GA）对该函数进行寻优求解得到靶的测量位姿。针对GA容易陷入局部最优值问题，提出一种基于分层的自适应遗传算法（HAGA）提高算法的搜索精度和效率。为提升复杂工程的系统调试效率，本文利用OpenGL图形库搭建仿真系统，实现靶的仿真成像、离线算法调试等功能。仿真系统避免了系统中安装误差、加工误差以及相机环境光等诸多因素的干扰，能够更方便的对算法进行调试和验证，提高工程效率；实验还搭建了3-CCD定位测量平台用于对不同靶型准直状态的定位调整。测量结果显示靶的平移定位误差小于3.5 μm，角度误差小于0.07°，其误差小于实际测量系统的误差要求，验证了测量算法在实际工程中应用的可行性。
高功率激光装置 CAD模型 靶定位 遗传算法 OpenGL仿真 high power laser device CAD model target positioning genetic algorithm OpenGL simulation 光学 精密工程
2023, 31(14): 2040
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
随着三维(3D)打印零件的个性化定制与特殊功能化日益发展,单一材质的3D打印零件已经无法满足实际工况要求,多材料零件3D打印技术已经成为快速成型行业的研究热点。目前多材料零件3D打印的关键技术之一是其建模问题。首先,提出一种基于控制点的梯度源建模方法。该方法在几何建模中认为几何模型均是由空间中的点所组成,在材料建模中以“梯度源”建模思想按照材料组分梯度变化公式对多材料零件进行颜色渐变表示。接着,利用VS2013和OpenGL编程语言对单梯度源零件进行可视化建模表示与分析。最后,在单梯度源建模基础上,引入运算符号“?”对两种不同梯度源进行加权运算,对三种材料零件进行可视化建模表示与分析。所提建模方法经光学加工技术制造出的多材料零件,能够较好地避免在多材料零件中材料成分急剧变化,从而引起应力集中与热失效等不良效果。
激光光学 多材料零件建模 控制点 梯度源 可视化研究 OpenGL 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231403
1 航天工程大学研究生院, 北京 101416
2 航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
3 中国人民解放军66135部队, 北京 100042
4 中国航天员科研训练中心, 北京 100094
为了解决复杂结构和形状的目标进行消隐数值计算时计算量大,精度较低的难点,提出基于OpenGL的目标消隐及可见部分显示方法,启用深度缓冲区进行深度测试,利用计算机图形加速卡在硬件层级迅速实现目标消隐并得到面元距离信息,提高了计算效率和精度,并通过一次光照获取目标面元与探测视线夹角的余弦值。考虑激光脉冲的时空分布特点,结合仿真得到的目标反射率分布,采用卷积模型计算目标的激光回波波形,仿真分析了发射激光脉宽、目标表面材料对目标激光反射层析成像质量的影响。
成像系统 激光雷达 反射层析成像 三维建模 OpenGL处理 图像重建 激光与光电子学进展
2019, 56(13): 131104
西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室，陕西 西安 710071
随着虚拟现实和多媒体通信技术的快速发展，全景视频作为一种新兴的数字媒体，凭借其良好的临场感和沉浸感在影视娱乐、教育教学、工业仿真、医学研究等众多领域取得广泛应用。为了更好地开展全景视频的相关研究，建立交互式的全景视频显示系统成为了优化和完善全景视频业务的重要前提。本文基于OpenGL渲染技术，结合用户对于全景视频交互操作的需求，搭建了交互式全景视频显示系统，并在该系统上通过实验分析了本系统的交互时延和视频分辨率、帧率的关系。实验结果表明，交互产生的时延和视频分辨率、帧率的大小呈正相关关系。在本平台的设置下，交互产生的时延不超过0.02 s，为用户提供了良好的交互性和视觉体验，为全景视频的相关研究与应用开发提供了稳定的平台。
全景视频 交互式渲染 显示系统 视觉体验 Omnidirectional video interactive rendering display system visual experience openGL OpenGL
1 合肥工业大学 光电技术研究院 特种显示技术教育部重点实验室
2 特种显示技术国家工程实验室, 合肥 230009
针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题, 提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术, 建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数, 设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上, 设计内核自适应维度算法并优化运行程序, 结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明, 本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%, 单帧耗时0.026 s, 平均综合加速比为29.1.该系统精度高, 可移植性强, 简单易行, 能够广泛应用于成像畸变的实时校正.
大视场物镜 光学畸变 高分辨率 GPU并行加速 实时校正 OPENGL显示 Large-field objective Optical distortion High-resolution GPU parallel acceleration Real-time correction OPENGL display
1 北京航天飞行控制中心, 北京 100094
2 航天工程大学, 北京 101416
以天宫二号伴星对组合体的观测任务为需求, 采用了一种基于OpenGL的伴星可见光相机成像仿真方法, 根据组合体、伴星的星历和姿态数据以及组合体3 ds格式三维模型, 设置了OpenGL透视投影成像模型参数, 结合组合体表面材质特性和可见光相机成像性能模型进行了处理和计算, 生成了组合体可见光仿真图像。通过与伴星实际拍摄的图像比较, 验证了文中方法的有效性和可信性。可为天基光学成像载荷设计与系统仿真、飞控任务安排等提供参考和依据。
成像仿真 可见光相机 伴星 组合体 imaging simulation visible camera OpenGL OpenGL accompanying satellite complex 红外与激光工程
2017, 46(12): 1218002
1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
介绍了一种星载可见光相机成像仿真系统，它主要用 于模拟星载可见光相机观测其他空间目标时的场景并输出仿真 图像。该系统不仅可以为空间目标检测与追踪研究提供图像数 据，而且还可以为空间相机的设计及性能评估提供技术支持。采用 3ds Max软件建立了空间目标的精准三 维模型，并给其赋予了材质属性；使用卫星工具包(Satellite Toolkit, STK) 预报了被观测目标和相机的轨道参数，并利用星表提供了星空背景中 恒星的位置、星等和自行等参数；在开源图形库(Open Graphics Library, OpenGL)中 建立了星载可见光相机观测空间目标时的场景，并模拟了星载可见光 相机的观测效果。结果表明，本文系统具有较高的仿真度和渲染速度，可 以实现深空点目标和近距离面目标的观测成像效果图的实时渲 染。
空间目标 散射特性 成像仿真 space target scattering property imaging simulation OpenGL OpenGL
1 电子科技大学 计算机科学与工程学院, 四川 成都611731
2 电子科技大学 中山学院, 广东 中山528402
获得三维模型指定点的空间坐标是针对模型文件操作的基础。针对传统算法的不足提出一种获取所选点原始坐标的方法。在选点的过程中, 该算法允许模型进行任意角度的旋转, 以选取模型侧面及背面的点, 并通过旋转矩阵对该点还原。算法完成从屏幕的二维像素坐标到模型的三维坐标, 再到模型文件原始坐标的转换。实验表明, 该方法可以准确获取模型的所有可视表面的点坐标,提高了拾取的灵活性。
三维模型 拾取 坐标 OpenGL OpenGL three-dimension model pick-up coordinate
重庆邮电大学信号与信息处理重庆市重点实验室， 重庆 400065
水泥回转窑是新型干法水泥生产流程中的核心设备。窑筒 体的表面温度可以综合反映窑内状况，因此对回转窑筒体的表面温度进行实时监测是保障回 转窑安全运行的重要手段。为了有效表达温度分布状况，对回转 窑筒体表面温度的三维热图像生成方法进行了研究。采用灰度级-伪彩色映射模 型将不同温度映射成了不同颜色，并创新性地通过结合OpenGL技术实现了三维热图 像颇具真实感的实时呈现。现场测试结果表明，基于此方法生成的回转窑筒体表面的三维 热图像具有表达直观、运行稳定可靠等特点。
回转窑筒体 灰度伪彩 三维热图像 rotary kiln pseudo-gray OpenGL OpenGL three-dimension thermograph
以Visual C++为开发平台, 应用OpenGL构建3D虚拟场景应用程序框架, 建立海浪的数学模型并实现海面的动态模拟, 采用天空盒法绘制天空场景, 并将3D MAX下建立的舰船实体模型导入OpenGL中, 利用OpenGL中的纹理映射、场景的合成和双缓存等技术, 并以实例形式实现反舰导弹靶场试验虚拟视景的生成与显示。
计算机图像生成 仿真 反舰导弹 computer image generation simulation OpenGL OpenGL anti-ship missile
