三维重构

摘要： 本文对近年基于纹影/阴影成像的二维和三维速度场测量方法进行了综述,主要内容包括纹影成像的基本原理、硬件设备和测速算法的研究进展。在二维测速方面,介绍了纹影/阴影PIV算法、光流算法及改进算法的原理、适用场景以及优缺点。纹影特性改进光流测速算法可以实现高精度、高空间分辨率的速度场计算,适用范围相对较广。在三维粒子追踪测速方面,主要介绍了层析阴影成像、双视角平行光段阴影成像、双视角汇聚光段阴影成像三种系统的光路设置,并对各自采用的粒子重构和追踪算法进行了比较。双视角阴影成像系统的光路布置更为简洁,降低了对硬件设备的要求,在高速测量中更具优势。梳理了近年来三维粒子追踪测速算法的发展脉络,重点介绍了“先追踪–后重构”和“时间–空间耦合”的双视角三维粒子追踪测速算法。时间–空间耦合的三维粒子追踪测速算法充分利用了时间和空间信息,将时序信息引入立体匹配过程中,显著提升了双视角阴影成像系统在粒子图像密度较高时的重构正确率和追踪准确率,其整体性能优于多种人工智能算法。测速算法在上述方面取得的研究进展,结合短曝光、高帧频的图像采集优势,使得纹影/阴影成像成为一种新型的高帧频、高精度的速度测量技术,在复杂湍流及高瞬态流场实验研究中具有广泛的应用前景。

摘要： 采用邻域限制和放松方法提取全景图像深度,并运用差值算法确定最佳位置对全景图像进行三维重构。将提出的三维重构算法应用于VR室内全景图像三维重构中,结果表明算法能够在1分钟内实现全景图像的三维重构,VR全景图像的分辨率越高,三维重构的时间越长,重构的精度越高。

摘要： 木本植物木质部具缘纹孔是木质部水分输导、栓塞形成、扩散及疲劳产生的关键部位,同时也是影响木材干燥与防腐等加工工艺的重要构造特征。目前,针对具缘纹孔结构的成像技术大多集中在二维尺度,难以精确地反映其三维结构的相关信息。本文利用聚焦离子束-扫描电子显微镜,通过对雪松木质部管胞具缘纹孔进行连续切片和图像采集,并采用Imaris软件重构其三维结构,分辨率达5 nm。聚焦离子束-扫描电子显微技术实现了具缘纹孔三维结构的精准成像,能够反映具缘纹孔膜三维孔隙结构,有助于从微纳尺度揭示木质部水分输导、栓塞形成、扩散及疲劳的机制,并为木材干燥和保护提供科学依据。

摘要： 针对当前三维重构技术受到光照干扰而导致重构效果不佳的问题,提出视觉传达技术的舰船图像三维重构研究方法。采用阈值分割法,提取舰船图像轮廓特征。结合模糊处理法进行纹理特征梯度分解,构建三维图像视觉传达模型。采用视觉特征提取技术重组空间信息特征,构造网络分布重组模型,匹配图像特征点。结合三维图像视觉传达动态交互机制,对三维图像的空间信息进行重构,获取纹理特征的分布集合。结合平滑滤波方法进行图像降噪处理,获取三维图像重建结果。使用视觉传达技术,实现图像增强,避免光照干扰。由实验结果可知,该方法三维点坐标与理想情况基本一致,能够得到高清晰的图像重构结果,最高信噪比为34 dB,说明使用该方法重构效果较好。

摘要： 目的:探究三维重构技术在细胞超微结构研究中的重要性。方法:收集Hela细胞,样品经OTO制样方法处理后进行连续切片,并通过扫描电镜收集序列切片背散射电子信号。通过Amira软件对图片集进行对中、分割处理及三维展示。结果:获得细胞三维重构图,对线粒体长度、宽度和厚度进行了测定和统计,着重对线粒体内质网偶联三维结构进行了观察。结论:细胞三维可视化较二维图像能全面客观的展示超微结构,而连续切片三维重构技术在三维可视化研究中具有重要意义。

摘要： 为了兼顾点云配准过程的时间和精度,提出了基于迭代最少点和遗传算法的点云粗配准算法。将源点云和目标点云的总点云进行下采样,以采样后总点云的数量作为遗传算法的目标函数,采用遗传算子指导解的搜索方向,通过新种群的迭代使下采样总点云数量最少,快速得到点云粗配准的结果。通过对6组不同的点云,以及采用多种算法进行对比试验,结果表明,该算法在保证配准精度的同时,耗时稳定在24 s左右,且对待配准点云模型无特殊要求,鲁棒性较强。

摘要： 电子断层成像技术是一种广泛应用于获得细胞器或细胞组三维结构的成像技术。本实验利用模型数据和低温透射电子显微镜拍摄的鞭毛轴丝的二维投影,比较IMOD、Inspect3D、TEMography和Eos四款软件的三维重构结果。由三维重构结果可知,IMOD软件可用基准标记自动测定倾转轴,Inspect3D软件则需要手动测定倾转轴,但Inspect3D软件在没有标记的情况下得到的图像配准结果比IMOD软件更精确。通过系统比较,可使开发的Eos软件具备更高的分辨率。因此,笔者将讨论它们间的差异。

摘要： 为了对纳米纤维空气过滤膜进行有效的理论数值计算和分析,建立了纳米纤维膜空气过滤性能计算的分析系统。对该系统所采用的三维重构、过滤效率计算及过滤压降计算等算法进行研究。通过去噪处理、二值化、细化算法和离散化进行纳米纤维膜的特征提取,并通过对纳米纤维膜的特征信息定义、存储和可视化渲染实现三维重构。通过对颗粒物与纳米纤维的碰撞检测和力学分析判断颗粒物被纳米纤维膜捕获的数量进行过滤效率的计算。最后,根据泊肃叶定律和压降原理实现了基于SEM图像的过滤压降计算模块。针对纳米纤维膜的拓扑结构和厚度进行了数值计算与实验比对,对比结果表明,过滤效率计算误差在10%以内,过滤压降计算误差在20%以内,计算结果趋势与实验结果相符,能够反映不同拓扑结构的过滤性能差异。

摘要： 随着机械化程度的快速增加,露天煤矿区反复机械作业和废料堆积压实会引起土地资源破坏,造成土壤退化和生态失衡。厘清压实对土壤水力特性的影响,对土地复垦和水肥管理具有重要实际意义。本研究采集山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场的表层土壤,在实验室分别制备了2组实验土壤样品,密度范围为1.3~1.8 g/cm^(3),密度间隔为0.1 g/cm^(3)。其中一组样品用于实验室离心法测定水分特征曲线,另一组基于CT扫描技术结合土壤大孔隙的三维重构技术,预测设定压实范围内的水分特征曲线。通过统计方法对比预测值和实测值的差异验证物理经验模型的预测性能,分析压实作用对土壤水分特征曲线的影响机理。结果显示,CT扫描技术快速便捷获取了土壤大孔隙的分布特征,且随着压实程度增加,土壤大孔隙数量和大孔隙度显著减少,有效降低土壤孔隙间的连接度。对于土壤水分特征曲线的预测值发现,在可预测的密度范围内,土壤含水量随着压实程度增加而迅速降低,这主要是由于压实作用改变了土壤大孔隙的分布特征,土壤内部紧缩,储水效果降低造成的,且预测值和实测值随密度的变化规律相同,模型的预测精度较高。

摘要： 利用工业CT扫描设备对赵固一矿优质无烟煤进行样品取心和微观扫描分析;运用图像处理技术对原始图像进行降噪、增强对比度和二值化处理,借助阈值调节使图像信息得到准确表达;通过Avizo软件对CT图像进行重建,得到三维的裂隙结构模型。结果表明:基于工业显微CT扫描重建的三维数字煤心,能准确地反映真实煤心的内部裂隙结构;图像精细处理能够对煤样中错综复杂的裂隙网络进行精确表征,达到定量描述的要求。

摘要： 真空断路器是一种广泛应用于中压电力系统的电力设备.为了可靠切除系统短路电流,往往需要在故障电流的开断过程中通过磁场控制技术保证真空电弧处于特定模式下.为此在真空断路器中引入纵向磁场触头和横向磁场触头.最近研究发现横向磁场触头在开断直流负载时能够加速电流零后金属蒸气的扩散,因而受到了研究者的重视.然而横向磁场触头下的电弧往往处于高速运动的不稳定状态,无法通过高速相机从单一方向获取电弧的完整信息,需要引入一种新的诊断方法来获得电弧的完整三维形态信息.本文提出了滤波反投影代数重建联合三维重构算法对电弧的分布进行三维重构,这种算法相比于代数重建法其重构精度更高,收敛速度也更快,并且使用一种多角度成像装置拍摄了真空电弧在横向磁场驱动下的二维灰度图像信息,使用联合算法将所拍摄的灰度图像信息进行三维重构,获得了横向磁场驱动下真空电弧的三维形态,并对三维电弧形态进行分析,获得了真空电弧在横向磁场驱动下运动和形态的变化规律.

摘要： 本文阐述了一种基于一线激光雷达扫描装置的地形三维重构方法,该方法通过一线激光雷达扫描获得地形点云数据,将点云数据经过姿态和位置上的实时校正,可以得到地形相对于一线激光雷达的三维坐标,从而实现对地形的三维重构,实验证明该方法能够有效地三维重构出待检地形.

摘要： 针对ISAR像的特征融合和目标识别问题,本文提出一种基于高分辨ISAR像序列的目标三维重构方法.由于ISAR像中目标散射特性随姿态角变化较大,本算法对目标图像角点进行预先标记,再结合投影变换将图像间对应像素点建立一一对应关系,实现ISAR像序列间的图像匹配,最后使用因子分解方法对目标进行三维重构,获得每个像素点的三维坐标.该方法不依赖基于灰度值的图像匹配算法,能够实现面目标上所有像素的匹配映射,对目标的三维重构效果有较大改善.实验中使用不同姿态下长方体和卫星的仿真ISAR像进行重构,实验结果能够验证该方法对ISAR像中目标的三维重构效果.

摘要： 随着对潜体水面尾迹研究的深入，在试验室模拟并测量潜体在水下运动产生的水面绕动已经成为潜体水面尾迹规律的重要手段，国内外在试验室环境下运动潜体产生的表面波尾迹的试验探测手段也不是很完善。由于潜艇模型水下运动产生的内波在水面上的表面波为微幅波动，实验室测量是非常艰巨的技术挑战。试验室环境下表面尾迹试验研究中目前缺乏对合适的测量技术,本文针对自由表面的微幅波动,提出了一种基于图像分析的自由表面微幅波三维重构技术,该技术基于对表面波动前后的图像差异,计算并获得表面波形.通过对该技术测量原理分析和实际应用验证,表明该技术具有设备简单,成本低,无干扰整场瞬时测量的特点,在实验室环境下表面微幅波动测量领域有较好的应用前景.基于图像分析的自由表面微幅波重构技术具有设备简单，成本低，整场瞬时测量的特点，在实验室环境下表面微幅波动测量领域有较好的应用前景;自由表面微幅波三维重构技术可以很好的适合各种自由表面微幅波动的测量和重现，可测量幅度小于0.01mm的表面微幅波动。

摘要： Geiger mode Avalanche Photo Diode(Gm-APD)激光成像雷达三维重构算法的目标检测率、目标还原度等受预处理影响较大,不适当的预处理会导致目标缺失,信噪比降低.预处理通常使用高斯函数或双高斯函数进行卷积,滤波函数中不合适的方差同样会导致目标复原度变低.针对此问题,分析双高斯函数预处理方差组合对探测概率的影响,同时通过Monte Carlo仿真,分析固定激光能量下,固定帧数、不同背景噪声的最佳方差组合变化.拟舍得到不同背景噪声水平下的最佳方差模型.最后使用真实实验进行验证,方差模型求得的最佳方差组合可达到实际90％以上最佳目标还原度.该模型对于实际信号处理具有理论指导作用.

摘要： 裂缝空间的精细刻画一直是裂缝研究的难点,针对天然裂缝岩样,利用高精度激光三维面形扫描仪获取其表面特征参数,采用相关度最值算法重构了天然裂缝的表面形态;以裂缝表面特征为基础获取了裂缝宽度,实现了天然裂缝空间的三维重构,重构的精度达到了10μm,通过实例证明了该方法的可行性和实用性,为裂缝性油气藏裂缝动态变形机理研究提供了新的思路.

摘要： 随着常规油气资源的减少,裂缝性油气藏已经成为勘探开发的热点.针对致密砂岩天然裂缝岩样,利用高精度激光三维面型扫描仪获取其表面特征参数,并通过数学计算成功重构了天然裂缝表面形态;根据合成表面高度计算原理,建立了天然裂缝三维空间物理模型.应用有限元的方法,求解得到裂缝空间渗流速度、压力分布,仿真模拟计算裂缝闭合时的渗流规律,并与实验结果对比.研究结果表明,通过逆向获取天然裂缝表面形态参数并实现三维空间重构,能够描述地下岩石的裂缝空间;有限元模型计算结果得出裂缝闭合过程缝内渗流的压力场和速度场变化规律;与实验结果对比,裂缝宽度闭合量与流量关系趋势线相吻合,因此分析结果具有较高的可靠性,对进一步研究裂缝网络模型提供了新的思路.

摘要： 介绍了半固态成形的分类，及国内外流变挤压铸造的发展现状；分析了半固态组织形成机理，凝固组织三维重构以及流变挤压铸造热力学计算方法。

摘要： 本文介绍了金属靶板变形测试系统的组成、测量流程及原理,并对测量精度进行了验证,最后通过实验对靶板变形形状进行了测量.基于传统测量设备无法测量靶板变形的现状,并考虑到靶板变形测量对靶板抗侵彻机理分析的重要性,引入双目立体视觉技术,开发了靶板变形测试系统.该系统可以对靶板变形形状进行三维重构,计算靶板的凸起高度与损伤面积.基于双目立体视觉技术开发的靶板变形测试系统操作方便，计算效率较高，测量准确且精度达到了0.01mm量级。该系统首次将双目立体视觉技术运用于靶板变形测量，实现了对靶板抗侵彻变形后损伤区域的凸起高度与凸起面积的准确测量与计算，为防护结构的抗侵彻研究提供了重要参考数据。

摘要： 错综复杂的裂隙网络为岩体渗流提供了主要通道.定量角度表征裂隙网络各向异性特征是裂隙岩体渗流研究的重要基础工作.基于离散裂隙网络重构技术,依托RJNS3D三维裂隙网络重构平台,探讨了离散裂隙网络有效定量描述指标,采用测窗法定量研究了离散裂隙网络的各向异性特征.研究结果表明:裂隙密度、裂隙分维、CI值以及相对无量纲密度四个指标能够较好地定量描述裂隙网络的无序性和连通性;当测窗垂直于具有裂隙平均产状的平面时,易于形成复杂程度较高、连通程度较好的裂隙网络,其定量描述指标明显高于其它方向,呈现出明显的各向异性特征;相对各指标平均值而言,二维裂隙密度差异性系数达到0.111～0.493,裂隙分维差异性系数达到0.015～0.072,CI值差异性系数达到0.007～0.180,相对无量纲密度差异性系数达到0.008～0.724;以往用裂隙分维这一单定量指标描述裂隙网络各向异性特征有所欠缺,选取多指标或者选取差异性最为明显的相对无量纲密度较为合理.工程应用分析表明,裂隙网络重构技术和测窗法的运用能够实现裂隙网络各向异性特征的定量描述,为裂隙岩体渗流特征研究奠定基础.

摘要： 本发明适用于三维成像技术领域，提供了一种三维重构系统和方法，该系统包括载物装置，其包括可转动的旋转架及设置于旋转架上的载物台，旋转架具有转轴；数据采集装置与载物台间隔设置，用于在旋转架转动到相应角度时采集载物台上的物体的反射光数据，获得物体在对应角度时的单视角数据；数据处理装置，与数据采集装置连接，用于根据单视角数据和重构算法进行三维重构。该系统采用物体转动而探测光路不转动的方式进行测量，可避免探测光路转动而造成的检测效率和精度低的问题，且基于旋转架自身具有较高的定位精度可保证较高的测量精度，不需频繁校正光路，提高三维重构速度；旋转架的转动不会导致系统空间大小变化，有利于重构系统的小型化。

摘要： 本发明公开了一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置。该方法包括：利用投影设备将条纹图像投射到被测物体上，产生调制后的条纹图像；利用第一摄像机采集调制后的条纹图像得到第一图像，利用第二摄像机采集调制后的条纹图像得到第二图像，利用不可见结构光扫描模组采集被测物体的深度图；根据深度图将第一图像中的条纹与第二图像中的条纹进行匹配；查找相匹配的对应条纹中心线段中单个点的对应关系得到对应点对；将对应点对重建为三维点云数据。本发明解决了现有的手持条纹双目三维扫描技术中随着条纹数量的增多导致对应点匹配错误率增大的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种基于单目三维扫描系统的三维重构方法和装置。单目三维扫描系统包括：不可见结构光扫描模组、摄像机、投影设备，该方法包括：利用不可见结构光扫描模组采集被测物体的深度图，并将深度图转换为三维数据点集，三维数据点集中包括多个三维点；确定多个三维点中的目标三维点所对应的目标光平面方程；将目标三维点投影到调制后的多线条纹图像上，确定调制后的多线条纹图像中的与目标光平面方程相对应的目标条纹；根据目标光平面方程以及目标条纹的中心坐标获取目标条纹在摄像机坐标系中重构的三维点。本发明解决了双目立体视觉三维重构会存在遮挡的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种三维监控系统中基于三维重构的交互式标定方法和装置，其中方法包括：获取参考背景模型以及监控视频，并采集多个场景图像，并将监控视频对应的多个监控摄像机连接起来，其中，多个场景图像中至少一个场景图像与监控视频的现场有重叠部分；根据多个场景图像进行三维重构以生成场景的三维特征点云，并将三维特征点云嵌入至参考背景模型；估计监控视频的当前帧姿态，并进行监控摄像机的自动标定；以及计算当前帧姿态到参考背景模型的单应变换，并将图像投影嵌入至参考背景模型。该方法能够实现直观、方便和统一的三维视频监控效果。

摘要： 本发明适用于三维成像技术领域，提供了一种三维重构系统和方法，该系统包括载物装置，其包括可转动的旋转架及设置于旋转架上的载物台，旋转架具有转轴；数据采集装置与载物台间隔设置，用于在旋转架转动到相应角度时采集载物台上的物体的反射光数据，获得物体在对应角度时的单视角数据；数据处理装置，与数据采集装置连接，用于根据单视角数据和重构算法进行三维重构。该系统采用物体转动而探测光路不转动的方式进行测量，可避免探测光路转动而造成的检测效率和精度低的问题，且基于旋转架自身具有较高的定位精度可保证较高的测量精度，不需频繁校正光路，提高三维重构速度；旋转架的转动不会导致系统空间大小变化，有利于重构系统的小型化。

摘要： 双目三维重构装置及其三维重构方法以及一种安卓应用，该装置用于安卓移动终端，该安卓应用与该装置匹配使用。该装置包括双摄像头模块、同步对焦模块、图像处理单元、标定单元及立体图相对匹配单元；双摄像头模块基于同步对焦模块的对焦计算结果获取待重构物体的两路同步图像；标定单元对双摄像头模块进行摄像头标定，以获取单镜头的畸变参数、单摄像头的内部参数矩阵以及所述双摄像头模块的外部参数矩阵；图像处理单元根据所述畸变参数、所述内部参数矩阵以及所述外部参数矩阵，将两路同步图像合成左右并列形式的单路图像；立体图相对匹配单元对所述左右并列形式的单路图像进行立体图相对匹配，得到待重构物体的三维模型，以供安卓移动终端显示。

摘要： 一种基于三维重构和三维雕刻技术的露天矿山边坡结构面剪切试验的试样制作方法，获取露天矿山边坡的岩体结构面点云数据，得到边坡结构面高质量点云数据；获得边坡关键结构面的几何信息；获得关键结构面表面形态的重构数据；对关键结构面表面形态的重构数据进行编码；依据壁岩的物理力学参数制作大尺寸边坡结构面混凝土下盘，测定好雕刻机参考原点，按照雕刻路径对混凝土下盘进行雕刻，实时反馈雕刻点的物理力学参数并输入到智能计算机，实时显现雕刻过程的模型，待混凝土下盘雕刻完毕，在雕刻面上布置可降解薄膜，利用钢模具在下盘上部浇筑混凝土上盘，即可得到露天矿山边坡结构面剪切试验的试样。本发明能够获取准确的结构面抗剪强度和边坡安全系数。

摘要： 本发明公开了一种基于单目三维扫描系统的三维重构方法和装置。单目三维扫描系统包括：不可见结构光扫描模组、摄像机、投影设备，该方法包括：利用不可见结构光扫描模组采集被测物体的深度图，并将深度图转换为三维数据点集，三维数据点集中包括多个三维点；确定多个三维点中的目标三维点所对应的目标光平面方程；将目标三维点投影到调制后的多线条纹图像上，确定调制后的多线条纹图像中的与目标光平面方程相对应的目标条纹；根据目标光平面方程以及目标条纹的中心坐标获取目标条纹在摄像机坐标系中重构的三维点。本发明解决了双目立体视觉三维重构会存在遮挡的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置。该方法包括：利用投影设备将条纹图像投射到被测物体上，产生调制后的条纹图像；利用第一摄像机采集调制后的条纹图像得到第一图像，利用第二摄像机采集调制后的条纹图像得到第二图像，利用不可见结构光扫描模组采集被测物体的深度图；根据深度图将第一图像中的条纹与第二图像中的条纹进行匹配；查找相匹配的对应条纹中心线段中单个点的对应关系得到对应点对；将对应点对重建为三维点云数据。本发明解决了现有的手持条纹双目三维扫描技术中随着条纹数量的增多导致对应点匹配错误率增大的技术问题。

摘要： 本发明涉及一种三维重构方法及三维成像系统。三维重构方法，包括：利用两个相机拍摄同一目标的图像，分别得到第一图像和第二图像；分别从第一图像和第二图像上提取特征点；对特征点进行初始化处理，得到特征点描述子；对第一图像上提取的每个特征点分别进行如下处理：将第一图像上提取的每个特征点的描述子与第二图像上提取的特征点的描述子分别进行运算，得到两个特征点的匹配度，根据匹配度最高的两个特征点的坐标来计算与匹配度最高的两个特征点对应的物点在两个相机的视差，进而得到与匹配度最高的两个特征点对应的物点的深度值和三维坐标。本发明无需预先标定结构光且提供的数据精度较高。