散乱点云数据的曲率估算及应用

提出一种直接在散乱数据点云上计算曲面的局部微分性质,包括平均曲率、高斯曲率和主曲率。首先,计算各点的邻近点集,选取合适的局部基础曲面。把邻近点集投影到相应的局部基础曲面。然后,在以局部基础曲面内投影点的参数化代替空间邻近点集的参数化的基础上。用二次参数曲面逼近空间邻近点集,从而计算出各点的法矢,再对不协调的法矢方向进行调整。最后,利用曲率公式计算出各点的曲率。试验表明这种方法可以较好反映曲面的特征。运用该曲率算法对海量数据进行了简化。     

参数曲面的拟自适应三角化

提出了一种参数曲面的拟自适应三角化离散算法。该算法通过对曲面的参数域进行预剖分，以及引入曲面上一点处的“最大绝对法曲率”的概念，采用“分而治之”的方法分片对参数曲面的参数域进行三角形网格剖分。该方法基本上可以像“自适应”方法一样，根据曲面的法曲率变化来控制三角化剖分的密度，生成的三角片数量较少，并且可以避免在三维空间产生狭长的三角形、退化三角形与“裂缝”，运行速度明显比自适应方法快。     

基于顶点分类的曲面三角网格模型自适应光顺研究

逆向工程中由测量数据得到的三角网格模型往往含有大量的噪声、扰动及不规则三角片，需对其进行光顺处理，以满足后续处理的使用要求。本文首先提出了一种新的网格模型顶点法矢计算公式，该公式采用网格模型中三角片面积与顶角角度综合加权，可同时反映三角片面积与顶角角度对顶点法矢的影响。在此基础上，对网格模型顶点进行了分类处理，提出了能够反映网格顶点特征性质的顶点势概念。势为1的点为特征点，势为0的点为普通点。最后，提出了一种新的自适应曲面三角网格模型光顺方法，综合了普通拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点。在该方法中，顶点调整方向为拉普拉斯光顺矢量在被调整顶点切平面上的分量与该点法矢的加权合成；顶点调整幅度根据顶点类别的不同而不同，特征点的调整幅度小，普通点的调整幅度大，从而可保护原有特征。实例表明，与现有方法相比，该方法在有效去除噪声，匀化三角片的同时，充分保留了初始网格模型上的特征。     

平面非规则曲线匹配的一个判定条件

在平面非规则曲线匹配问题中，扫描平面非规则曲线而可以得到一系列不连续的点，如何尽量准确地求取这些点的曲率是一个难题。把相邻3个不连续点看作一段圆弧上的3点，在此基础上提出了一种求取3点中中间插值点切线的斜率的一种算法，并把这个斜率用到三次Hermite插值曲线中．求取插值点的曲率，每个插值点的曲率由相邻的4个点决定。两条平面非规则曲线上时应点的曲率相等则这两条曲线匹配。最后用扫描碎纸片的几组数据进行了实验，实验结果表明该算法是可行的。     

一种多张裁减曲面的三角化边界处理算法

针对多张裁减曲面的三角化问题，提出一种裁减曲面三角化边界处理的算法。该算法在进行多张裁减曲面的三角化时，采用匹配的方法离散各曲面的边界，因而能有效地防止曲面相交处出现裂缝，孔洞和覆盖等现象，提高了多张裁减曲面三角化算法的正确性。该算法已经成功应用于“超人ＣＡＤ／ＣＡＭ”曲面造型及加工系统，主要用于快速原型技术（ＲＰＴ）的ＳＴＬ文件生成，算法表现稳定。     

三维碎片拼合的轮廓提取和特征点检测

针对三维空间碎片的拼接,提出一种轮廓提取和特征点检测的方法。首先,采用一种简单、有效的方法来构建三维碎片数据的拓扑关系,并在此基础上提取碎片的轮廓曲线。对存在缺陷、拓扑关系难以建立的三维测量数据,中给出了相应的修改、调整方法。同时,提出了一种对轮廓进行重采样的方法来计算空间轮廓上每一点的曲率和挠率。将曲率和挠率相结合得出轮廓曲线上各点的全曲率,然后由全曲率值来检测碎片轮廓的特征点。轮廓曲线的描述就由其上每一点的曲率和挠率以及特征点来表征。实验表明了该算法的有效性和稳定性。     

三角网格面自动铺丝定角度路径规划算法

研究三角网格曲面上的路径规划问题,以局部测地线为补充,提出了改进的定角度初始路径规划算法。该算法避免了传统参数化求解过程的无解和多解情况,尤其适用于曲率变化较大的复杂曲面和拼接曲面。采用等距覆盖算法来获得均匀的满铺路径,并分别提出基于路径样条线末端延伸和芯模曲面整体延拓的两种边界处理思路,以解决偏移路径无法到达曲面边界的问题。以某机翼模型为算例对上述算法进行验证,利用计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)的逆向工程模块实现了完整的算法可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。验证表明本文提出的算法可靠、系统、适应性强,具有工程应用价值。     

复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。     

双参数曲面和一般立体模型的隐线消去算法

近些年来,随着计算机图形学、计算几何和计算机辅助设计与制造技术的发展,双参数曲面和一般立体模型的隐线消去算法变得越来越重要。这是因为双参数曲面和一般立体模型能够描述更复杂的曲面模型,而非参数曲面却难以描述它们。 本文给出了双参数曲面和一般立体模型的两种隐藏线消去算法。该算法存贮量小,运行速度较快,易于加到已有的绘图程序中。本文还利用Dxy-880绘图仪给出了各种算法的实例。     

基于扫掠法的六面体网格生成算法及实现

提出了一种基于扫掠法的六面体网格生成算法,该算法通过源和目标曲面参数域间的近似最小二乘仿射映射将源曲面的网格投影到目标曲面,并利用背景网格插值的方法计算内结点,从而将2.5维实体生成六面体网格。该算法避免了空间网格投影过程中耗时的“寻根”过程,并且不需要导致效率降低的网格优化,能够处理各种2.5维实体,生成的网格质量较好。     

序列图像中直线边缘快速提取和匹配

针时飞行器视觉导航等实时性较强的应用,给出了一种在航空序列图像中进行直线边缘快速提取和匹配的方案。在提取直线边缘时,运用了当前速度较快的邻接元素标记方法,从而提高了直线边缘提取速度。而在时直线边缘进行匹配时,给出了一种分三步走的方案,并提出了一种能够有效降低噪声影响的度量方式。首先选择3条直线边缘作为参考模型,在直线边缘的方向、位置以及物理特性的约束下构建候选匹配基,然后在基于矢量技术的基础上确定与参考模型基相对应的匹配模型,在此基础上再确定其他直线边缘之间的对应关系。试验结果表明,本文的直线边缘匹配方法比现有的方法速度提高了30倍以上,能够有效地满足一些实时性较强的应用。     

基于多目立体视觉和神经网络标定的表面形貌测量方法研究

针对三维表面形貌的非接触式光学测量是计算机多目立体视觉技术的一项重要应用,但目前还存在相机个数受限、特征点匹配算法复杂与纵向测量精度不够等难题。开发了一种基于多目立体视觉和神经网络标定的表面形貌测量方法,其中包括:使用神经网络完成多目标定与三维重构,在表面投射激光点阵作为图像识别与匹配的特征点,应用蚁群粒子跟踪测速技术进行多相机间相同特征点的匹配。经实验测试,相较于传统基于小孔成像模型进行标定与基于核线约束或互相关算法进行匹配的立体视觉测量系统,所提出的方法可适配具有大光学畸变的场景,能有效提高测量的空间分辨率,深度方向的测量误差在1.0%～2.0%的水平。     

An Edge-Boxes-Based Intruder Detection Algorithm for UAV Sense and Avoid System

With the great development of unmanned aircraft system(UAS)over the last decade,sense and avoid(SAA)system has been a crucial technology for integrating unmanned aircraft vehicle(UAV)into national airspace with reliable and safe operations. This paper mainly focuses on intruder detection for SAA system. A robust algorithm based on the combination of edge-boxes and spatial pyramid matching using sparse coding(sc-SPM)is presented.The algorithm is composed of three stages. First,edge-boxes method is adopted to obtain a large number of proposals;Second,the optimization program is presented to obtain intruder area-of-interest(ROI)regions;Third,sc-SPM is employed for feature representation of ROI regions and support vector machines(SVM)is adopted to detect the intruder. The algorithm is evaluated under different weather conditions. The recall reaches to 0.95 in dawn and sunny weather and 0.9 in cloudy weather. The experimental results indicate that the intruder detection algorithm is effective and robust with various weather under complex background.     

二维非结构网格生成及其数值模拟

提出一种二维非结构网格生成算法以及一种新的绕翼型的数值计算格式。首先,在Delaunay生成算法的框架下结合了阵面推进算法的优点,从覆盖整个计算区域的三角形着手,给出判断准则,由这些三角形的边直接生成新点,让新点与符合要求的三角形的边的两点相连构成三角形,这样生成的三角形网格具有较好的几何性质;其次,针对二维N0012翼型跨声速绕流问题提出了一种新的计算格式。通过建立插值模板的概念,在每一个模板上运用最小二乘和MUSCL思想相结合的办法针对初始变量构造线性插值多项式,改进了原有的权系数的计算准则,将各插值多项式通过加权平均得到在整个模板集上通用的插值多项式,从而构造出高阶的有限体积格式;最后,计算结果表明本文工作具有一定实际应用价值。     

基于自适应非结构嵌套网格的旋翼流场模拟

针对直升机旋翼CFD仿真的复杂性,提出了改进的适合于格心格式求解器的非结构嵌套网格算法。采用自适应网格技术在旋翼流场仿真的整个过程中进行网格的自适应加密和疏化操作,以更好地捕捉桨尖涡等流动细节。对于频繁的自适应过程中产生的大量重复点和无用点,采用了高效的交替数字树算法(Alternating digital tree,ADT)和标记-删除-移动算法(Mark,delete,move,MDM)进行删除,节约了不必要的存储。针对格心格式的求解器,采用了基于梯度的网格间插值方式,简化了网格间数值传递的复杂性,同时不降低求解器的精度。对CaradonnaTung旋翼悬停算例和HLISHAPE 7A旋翼悬停算例进行了模拟验证,计算值与实验值吻合,表明本文建立的方法具有良好的鲁棒性和有效性。最后,与未采用自适应时求解器对桨尖涡的捕捉效果进行了对比,结果表明本文所采用的方法可以明显地提高求解器对桨尖涡的捕捉。     

基于ARG模型识别局部被遮挡物体

在计算机视觉中，局部被遮挡物体的识别有着重要的意义。本文提出了一种基于ARG（关系属性图）模型识别局部被遮挡物体的新算法。由于关系属性图对图像遮挡、噪音或者二维几何引起的变形都是稳定的，所以用ARG模型能够识别那些由于局部被遮挡或其它原因引起的丢失特征的物体。该算法如下：首先，根据模型和图像特征之间的局部和整体的对应性约束，在图像中选出有限数量的侯选子图。其次，基于在关系向量空间中的误差分析，使用投票方案对丢失的特征进行迭代检测，丢失的特征全部被检测出后即可进行匹配。最后用实例进行了验证，结果表明该算法是有效的。     

机械振动全息分析及其若干问题

本文用球面波多重象全息照相分析物体的机械振动,简要地讨论了球面波多重象全息三维振动分析的基本规律,介绍了用计算机控制的显微光密度计确定由测点振动引起的物光波的相位差技术,用几何光学方法推导了曲面测件图象上测点位置的修正公式,提出了提高全息振动条纹分辨率的方法.本文在15cm长度物体上至少可记录105级能分辨的全息振型条纹.     

雕塑曲面数控加工的动态仿真及误差检测

讨论了雕塑曲面数控加工动态仿真及误差检测功能的实现方法，提出了雕塑曲面造型空间分割表示的仿真方法及利用ｚ坐标法进行误差检测。该方法不仅适用于实体造型系统而且适用于曲面造型系统，同时解决了实时仿真系统中计算精度与计算速度之间的矛盾。该功能已在“超人ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＮＣ集成系统”中实现，效果良好。     

低空突防用数字地形的平滑处理

数字地形是自主式 GPS/ MAP地形跟随 /地形回避 (TF/ TA)低空突防系统的主要信息来源之一。考虑到飞行器机动能力的限制和飞行的安全性 ,必须对实际地形进行平滑处理。文中首先提出了一种改进型的曲率限制平滑算法。在此基础上 ,给出了一种综合的坡度曲率限制平滑算法 ,它使平滑后的地形不仅满足飞行器纵向机动能力的限制 ,而且较贴合原地形也较原地形高。从而使得在平滑后的地形上进行实时航迹优化是安全可靠的。同时 ,由于平滑后的地形有坡度的限制 ,使实时航迹优化过程中对飞行器在各个方向的离地间隙的限制转化为只要限制飞行器的纵向垂直离地间隙 ,简化了实时航迹优化算法 ,从而易于工程实现。仿真结果表明 ,该算法是有效的。