1 上海工程技术大学 电子电气工程学院,上海 201620
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
3 中国科学院 空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
为了提高泊松表面重建算法效率并改善重建结果细节表现,采用一种基于混合树的点云搜索方法,平衡了八叉树和二叉树技术关于时间复杂度和空间复杂度的冲突; 并在点云搜索阶段通过引入多个能量项对点云进行密度评估与滤波等,针对点云稀疏部分进行自适应的点云稠密化以保证重建模型的细节与准确度。结果表明,混合树重建算法与泊松表面重建算法及屏蔽泊松算法相比,速度分别平均提升了33%和15%,且能更好地保持重建模型的细节,误差最小。该研究为点云的表面重建提供了参考。
图像处理 泊松表面重建 八叉树 法向估计 能量函数 image processing Poisson reconstruction octree normal estimation energy function
1 上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了提高非接触式测量的数据处理精度, 采用一种分阶段配准的方法, 先将缺损叶片分为4个部分, 采用自配准算法对每部分进行配准; 再对相邻两部分采用改进的完全配准算法进行整体配准。结果表明, 自配准算法与传统算法相比, 在配准误差均小于0.005 mm的前提下, 配准时间可以缩短到1 s以内; 完全配准与传统算法相比, 速度较快, 并通过0级的标准量块测量实验得出系统的测量误差小于0.010 mm, 满足叶片测量的精度要求。该分阶段配准方法对测量航空叶片具有一定的应用价值。
激光技术 航空发动机叶片 分阶段配准 降维配准 laser technique aero-engine blades staged registration dimensionality reduction registration
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
3 上海工程技术大学电子电气学院,上海 201620
4 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
5 中国科学院上海天文台,上海 200030
6 中国科学院大学天文与空间科学学院,北京 100049
从信标光链路中高效地获取运动平台的姿态信息是运动平台量子光通信成功的关键之一。针对运动平台量子光通信的实际需求,提出一种探测载体平台旋转姿态角的信标姿态解耦方法,有望显著提高量子光通信的动态链接效率。经0°、45°、-45°偏振片起偏调整的RGB三色合束信标光,携带着载体平台的旋转姿态角信息,经自由空间传输后由地面接收系统解耦。接收端利用光电探测器获得信标光的三色光强值,根据三色光强值的差动、比值构造特征参数β,建立信标光旋转角θ与特征参数β间的关联曲线,利用该曲线反演载体平台的空间旋转角信息。分析θ在0°~90°的变化趋势及β的数值结果,并对不同距离下的测量结果进行误差分布分析。实验表明,所反演的信标空间姿态角度测量精度可以达到±0.05°。室内实验结果的3σ值小于0.5°;室外实验结果的3σ值小于1°。综合整体性能分析,所提方法具有测量运动平台空间旋转姿态角的能力,可用于在浮空平台或类似领域中进行姿态角度测量。
测量 量子光通信 偏振激光 空间旋转角 三维姿态 光电探测器 中国激光
2022, 49(18): 1804001
1 上海工程技术大学电子电气工程学院,上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
针对传统点云配准方法效率低、误差大的问题,提出了一种沿竖直方向和水平方向分阶段变换的点云粗配准方法。首先对点云P、Q进行去中心化处理,使得两点云中心点重合;通过遍历距质心的距离寻找特征点,并将特征点旋转至y轴上,完成竖直方向上的对齐;然后在xOz平面内,再次通过遍历距质心的距离寻找特征点,将其绕y轴旋转,在水平方向完成对齐;最后配合迭代最近点精配准算法完成配准。所提方法不存在迭代计算,具有线性时间复杂度和常数空间复杂度。对所提方法与三种经典方法进行对比实验,采用了点数量不同以及尺度不同的三组点云。实验结果表明,对于不同的点云,所提方法具有较强的鲁棒性,配准时间在4 s左右,变化幅度较小,相对于三种传统方法,耗时减少了50%以上;同时所提方法的均方根误差控制在10-8 mm左右,保持了较好的精度。
图像处理 点云配准 分阶段 迭代最近点 三维重构 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1610005
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
3 第二军医大学长海医院, 上海 200433
为提高结构光三维重构系统的点云匹配速度及精度,提出二维视图及三维点云交叉特征点协同匹配的方法。首先,通过投影变换及维度映射关系实现待拼接投影图像的归一化,经预处理后提取端点及分叉点作为关键点,对同类点进行三角划分及相似匹配得到初始点集,并将其映射至三维空间。其次,利用kd-tree搜索得到双邻域质心,根据三点构成的三角形相似关系进一步筛选点集。最后,采用四元数法完成粗拼接,进而使用改进的迭代最近点(ICP)算法完成精拼接。实验结果表明,所提算法的匹配准确率达98.16%,匹配用时3s,粗拼接重叠区域的重心距离误差为0.018mm,所提算法对于二维图像视角变换、纹理光滑、光线不均等具有较高的鲁棒性。
图像处理 视角变换 双维度 协同匹配 点云拼接 迭代最近点算法 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0210003
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了克服噪声导致的相位展开不连续现象,用Canny边缘检测算法获取重建模型的真实边缘,结合二阶差分函数计算边缘可靠性,并根据可靠性的大小逐区域展开相位,以达到稳定展开模型全局相位的目的。提取传统算法和本算法相位展开后任意行(或列)的数据点,得到两种算法相对原始数据点的标准差分别为0.0562和0.0121。同时,本算法可以解决枝切法中因噪声过大导致的相位展开稳定性低以及最小二乘法在重建模型中断层的问题,能很好地克服噪声并进行三维重建。
图像处理 相位展开 Canny边缘检测算法 二阶差分 区域展开 三维重建 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241020
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 上海航天设备制造总厂有限公司, 上海 200245
航空发动机叶片长期工作在高温高压的涵道中,容易发生断裂、划道、形变等损伤。损伤叶片增材修复的关键是对其进行三维数字建模,模型的精度直接影响到熔覆制造的质量。基于航空发动机叶片的空间扭转特征,提出了一种非接触式的激光交叠式三维重建方法。利用扫描策略中线激光测头与叶片相对位置的特征矩阵初始化点云配准参数,通过分配权值缩小源点云规模,对迭代最近点算法进行优化。最后对点云数据进行精简、网格化,建立了损伤叶片的三维模型。在配准过程中,分析了点云块的交叠率对模型精度的影响。实验结果表明,当交叠率为50%时,采集时间短、信息完整度高,通过标准量块阶梯验证了模型的测量精度为10 μm,满足损伤叶片重建模型的精度要求。
航空发动机叶片 激光检测 点云处理 迭代最近点 逆向工程 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161504
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
以单频-线性频率调制连续波(S-LFMCW)激光作为发射信号,提出了一种基于卡尔曼滤波的高精度相干激光测距方法。对回波信号与本振信号进行拍频测量,获得了频差,通过模数转换和数字信号处理,利用频差信号解算出目标的距离和速度。最后采用卡尔曼滤波算法对测量值进行数据融合,获得了高精度的目标距离估计值。实验结果表明,所提方法适用于大范围动态相干测距激光雷达系统,系统的有效测距范围为8 m~2.7 km,测距精度在0.1 m以内。
测量 遥感 相干激光雷达 调频连续波 卡尔曼滤波 数据融合 光学学报
2020, 40(14): 1412001