河南工业大学信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
相移轮廓术由于其高测量精度和高鲁棒性已广泛应用于各个领域。然而，由于需投射多幅条纹图到物体表面，因此要求物体在测量过程中保持静止。另一方面，当重建高反光运动物体时，不仅出现过曝光现象，过曝光位置还将随着物体运动而变化，对测量提出了挑战。基于此，提出一种测量高反光运动物体的算法。过曝光位置随着物体运动变化意味着并非所有条纹图都存在过曝光。首先，投射双频率条纹图到运动物体表面并拍摄。其次，识别所有条纹图中的过曝光区域，并记录物体上每一点的非过曝光条纹图。再次，基于非等间隔相移的非过曝光条纹图进行相位提取，获得双频率相位分布。最后，对双频率相位分布进行运动补偿，并基于双频率解包裹算法实现正确解包裹，完成高反光运动物体三维重构。实验结果表明，该算法能有效减小高反光运动物体引起的测量误差，具有较高的工业应用价值。
条纹分析 三维重构 相移轮廓术 高动态范围 过曝光 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412005
红外与激光工程
2023, 52(12): 20220891
1 常熟理工学院机械工程学院，江苏 常熟215500
2 燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004
3 东风越野车有限公司，湖北 十堰 442000
为定量预测不同工艺参数下316L不锈钢粉末激光选区熔化（SLM）成形熔道形貌并完成其单层多熔道形貌重构，首先对SLM成形熔道的过程进行了模拟，接着完成了SLM成形单熔道实验，得到了工艺参数与熔道宽度及其标准差系数之间的关系，并建立了单熔道截面轮廓数学模型，在此基础上完成了接近真实轮廓的单层多道轮廓三维模型重构。研究结果表明：当激光功率恒为200 W时，随着扫描速度从1.0 m·s-1增大到2.0 m·s-1时，熔道宽度从69.82 μm减小到46.65 μm，熔道宽度标准差系数从9.84%增大到22.65%；当扫描速度恒为1.3 m·s-1时，随着激光功率从100 W增大到300 W，熔道宽度增加到69.64 μm后开始减小，熔道宽度标准差系数减小到13.11%后开始增大；同一线能量密度下得到的熔道宽度值的变化正常，但熔道宽度标准差系数在12.26%到22.65%之间波动；当激光功率约为200 W、扫描速度约为1.0 m·s-1时，成形的单道熔道宽度均匀，标准差系数低于15%，熔道质量较好。
激光技术 激光选区熔化 熔道宽度 标准差系数 单层多道 熔道三维重构 中国激光
2023, 50(24): 2402307
1 西安石油大学 理学院，西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 中国科学院光谱成像技术重点实验室，西安 710072
3 中国科学院大学 光电学院，北京 100049
开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位，从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数，确定目标点在复眼相机中各子眼坐标系下坐标的线性关系并建立线性方程组，通过最小二乘法进行求解以获得目标点的准确空间定位。设计了光斑定位实验，实验结果表明，在至少4 m的工作距离内，仿生曲面复眼相机的定位误差可以控制在2%以内，该目标定位方法应用于仿生曲面复眼相机能实现较高精度的目标定位。在此基础上，采用尺度不变特征转变算法实现了两个子眼所拍摄子图像的特征点粗匹配，结合随机抽取一致算法去除错误匹配点，进而由特征点在子眼像素坐标系中的二维坐标反演出其在空间坐标系中的三维坐标，最后通过对所有点进行点云拼接获得完整的重构点云。实验结果表明，对距离相机约0.6 m处的边长为5.5 cm的正方体可以实现较好的三维立体重构。
多通道成像 相机标定 图像处理 三维定位 三维重构 Multichannel imaging Camera calibration Image processing 3D positioning 3D reconstruction
国防科技大学电子科学学院, 湖南长沙 410073
介绍了一种近场毫米波三维成像算法。首先对目标进行二维成像, 然后提出一种基于局部信息联合 BM3D自适应滤波滑窗算法, 有效保留了图像信息并抑制杂波, 实现三维成像重构。分别从系统平台、信号回波模型、后向投影与全息成像算法及成像结果、图像滤波、三维成像重构展开介绍, 所得结果验证了实验的可行性和准确性, 在诸多场景中具有广阔的应用价值。
毫米波 成像算法 图像滤波 三维重构 mmwave imaging algorithms image filtering 3D reconstruction 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(12): 1231
首都师范大学物理系, 超材料与器件北京市重点实验室, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京市成像理论与技术创新中心, 北京 100048
为克服传统太赫兹层析成像技术仅能应用于平面样品检测的局限性, 将工业机器人与太赫兹时域光谱系统集成, 搭建了基于机器人的太赫兹层析成像系统。利用机器人图形化离线编程技术规划扫描路径, 保证太赫兹信号垂直入射到样品表面并获取最大的反射信号。采用基于迭代收缩的反卷积滤波算法对太赫兹时域信号进行处理, 提升了系统的时间分辨能力。选取形状为曲面的橡胶材料作为样品, 通过主成分分析法计算得到样品表面各采样点的法向量, 并结合飞行时间成像技术对样品表面及内部结构进行了三维重建, 验证了系统的可行性。
太赫兹时域光谱 层析成像 机器人 反卷积算法 三维重构 terahertz time-domain spectroscopy tomography robot deconvolution algorithm 3D reconstruction
东莞理工学院电子工程与智能化学院, 广东 东莞230009
具有多层结构特征的微纳结构在新型显示、半导体、MEMS等领域具有广阔的应用前景。现有的干涉测量相位解析方法如白光干涉、光谱干涉利用多层反射光与参考光的干涉信息实现多层三维重构。然而, 当介质层数较多时, 相邻介质层的干涉信号严重影响测量精度, 且在大台阶、高曲率等复杂结构检测中具有许多局限性。基于结构光调制度解析的测量方法以其非接触、高精度、高适应性等特点在复杂微纳结构检测领域中占有重要地位。将结构光调制度测量原理应用于多层结构同步三维重构, 通过对不同的介质层成像, 进而解析出不同层结构的调制度分布, 最后实现多层结构及其厚度分布同步三维测量。
微纳结构 三维重构 结构光 调制度 多层结构 micro nano structure three-dimensional reconstruction structured light modulation multilayer structure
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 武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学冶金设备及其控制省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430081
3 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081
沥青路面三维纹理信息是表征路面抗滑等性能的重要信息。针对沥青路面弱纹理无纹理区域匹配错误率高对信息获取造成较大干扰的问题，提出了一种基于双目视觉立体匹配算法的路面三维纹理信息获取方法。首先搭建双目视觉测量平台，运用张正友棋盘格标定法获取双目相机的内外参数；然后针对双目相机采集的数字图像，使用引入跨尺度代价聚合模型的立体匹配算法得到较优的视差图；最后逆向重构得到路面纹理三维模型，进而获取路面纹理信息。实验结果表明：所提方法可以重构得到较为精确的路面三维模型，相对误差在5%内，对于路面纹理信息的获取具有较高的准确性和较好的鲁棒性。
双目视觉 立体匹配 三维重构 路面纹理 图像处理 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415026
