一种基于立体视觉技术的燃烧诊断方法

为了获得一种简便、易于操作的三维光学诊断方法,将双目立体视觉技术引入燃烧诊断领域,并验证了其在燃烧诊断领域应用的可行性。搭建了用于燃烧流场诊断的高速双目立体视觉系统,阐明了双目立体视觉原理并开发了配套软件,通过对标定模板上特征点进行三维重建验证了系统和软件的可用性,对特征点三维重建的绝对误差为0.17mm,相对误差为8%。实现了对非预混冲击火焰表面的三维重建,重建后的三维图像可以清晰地显示出火焰表面的三维几何结构。对一组连续拍摄的图像进行处理,得到火焰在微小时间间隔中的空间演变情况。实验结果表明,利用该技术可以实现对燃烧火焰的三维诊断,利用该技术进行的实验操作相对于其他的光学诊断方法而言也非常简单。     

融合明度特征的V-SAD立体匹配算法

针对SAD算法难以对图像中纯色与弱纹理部分进行准确匹配的问题,提出了将HSV空间明度特征与SAD算法相融合的立体匹配算法,称为V-SAD算法.首先将图像从RGB空间转化至HSV空间,并根据H、S、V值将像素点按照颜色分为10类,同时得到明度特征图.然后结合SAD算法需要的灰度特征图计算匹配代价,得到初步的视差图.接着,根据HSV空间的颜色信息对图像进行分割,结合数学形态法求解分割区块中的独立连通域.再利用边缘生长法对每一个连通域的视差进行恢复.最后,使用左右一致性检测方法对视差图进行优化.实验结果表明,利用图像的明度信息衡量纯色与弱纹理区域的匹配点的相似度是有效的,该V-SAD算法有效改善了SAD算法在弱纹理和纯色区域的匹配效果,平均误匹配率下降了13.02％.     

基于双目视觉的管路快速检测技术研究与实现

为了改变传统管路检测方法的弊端,实现管路的实时快速测量,在研究双目视觉技术的基础上提出了将视觉测量应用于管路系统检测中,实现管路模型三维重建工作。首先采用双目摄像机,对管路系统进行拍摄,得到多组管路图像,然后利用相机的标定确定相机的内外参数,通过经典的边缘提取方法提取图像中的边缘特征,采用曲线拟合的方法提取管路的中心线,通过管路中心线匹配算法,建立了左右图像的匹配关系,最后得到管路的几何参数并进行三维重建。实例验证了该方法可行、有效。     

基于轴线投影精确模型的弯管立体视觉测量方法

利用立体视觉技术测量弯管轴线需精确计算弯管轴线在图像上的投影位置,现有方法将弯管图像轮廓中心线近似为空间轴线在像平面上的投影,这种近似计算存在误差。为获得弯管轴线的精确投影位置,提高三维测量精度,对弯管成像特征进行了深入研究。首先对弯管任意横截面建立透视投影模型,探索截面图像边缘点与空间轴线投影点间的几何关系,进而提出轴线上任意一点在像平面上投影位置的精确计算方法。采用双目视觉系统对某一航空管件进行重构测量。试验结果表明,相较于现有方法,采用本文方法计算轴线投影位置后,管件测量的重复性精度与前者相当,而测量精度平均提高14.5%。说明本文方法对轴线投影位置计算正确,可有效提高弯管轴线视觉测量精度。     

地形纹理分割技术在雷达图像仿真中的应用

文章阐述了将图像分割技术应用于雷达地形纹理分割中,用基于 FCM 图像分割方法对可见光纹理进行区域自动识别,形成互不相交的纹理区域,并借助建立的雷达材质库对区域材质进行指定,有效解决了海量地形纹理数据处理的难题,并提高了处理的准确性.     

基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法研究

针对现有地下井室病害探测与维护方法的不足,提出了一种基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法,以实现其三维可视化探测与维护.还提出了一种基于多项式曲面拟合的Kinect深度测量误差修正方法,利用联合双边滤波算法对深度图像数据进行预处理;结合SIFT特征匹配和改进的RANSAC算法获取相邻点云间的初始位姿,并利用基于邻域特征的ICP算法进一步实现不同视角点云的精确配准,从而获取全局一致的稠密三维点云.最后,在三维稠密点云的基础上进行曲面重建和纹理贴图,以实现地下井室真实三维重建.实验结果表明:所提方法可有效修正Kinect深度相机的深度测量误差,在0.5～4.5m的测距范围内,其三维重建精度可达2cm;在4.5～7m的测距范围内,精度也可以保持在4.5cm以内.所提重建方法可实现地下井室真实场景的三维可视化,为地下井室的探测和维护提供了技术支持.     

航空发动机孔探中立体视觉技术研究

介绍了基于立体视觉的发动机孔探技术，建立了平行光轴双目机器视觉模型并采用MATLAB语言实现了摄像机标定，通过图像分析提取出发动机损伤的有效区域，并且运用双目匹配的方法计算出区域的面积及特征点的空间坐标，实现了航空发动机缺陷的定量测量。     

图像灰度和相位信息耦合的化铣胶膜刻型三维测量方法

航空航天等薄壁类金属结构件化铣过程中需进行多次刻型以生成凸台、筋条等结构。对其加工图案进行三维测量，不仅可检验加工精度，还可为轨迹规划、刻型工艺等参数优化提供基础数据，是保证化铣零件制造质量的关键技术。现有检测方法主要有人工模板比对、被动双目重建、三维点云分析等，可实现轮廓尺寸等基础参数检测，但在测量精度与完整性上仍存在较大问题。针对此，在结构光与被动双目三维测量的基础上，提出了一种耦合灰度-相位变化信息的化铣胶膜刻型三维测量方法。首先，分析刻型图案邻近区域灰度-相位变化特征，构建对应数学模型；然后，在此基础上，提出耦合左右相机灰度-相位信息的snake模型（Gray-Phase snake, GP snake），实现刻型图案中心线的高精度提取，克服灰度变化不均匀、左右相机视角不一致等因素导致中心线提取不精准的难题；最后，基于相位信息实现轮廓三维重建，解决传统方法上下边缘处重建不完整的问题，保证刻型图案测量的精度与稳定性。实验结果表明，所提方法可以实现化铣胶膜刻型图案中心线的完整三维重建，精度达0.036 mm。     

基于Census变换和改进自适应窗口的立体匹配算法

 针对现有立体匹配算法难以在幅度失真图像中获取高匹配精度的问题,提出了一种基于Census变换和改进自适应窗口的立体匹配算法。首先根据图像结构和色彩信息获得基于十字骨架的任意形状和大小的Census变换窗口;其次利用Census变换的Hamming距作为匹配代价,使用两次累加降低计算复杂度,采用局部优化得到初始视差;最后提出一种基于均值偏移的视差提精方法,有效地处理了不可信视差区域,获得高精度的视差图。实验表明,通过该算法获得的视差图与当前优秀的局部算法相比精度相当,特别是能很好地处理现有算法难以解决的幅度失真问题,适用于无人机视觉导航的应用。     

面向视觉着陆的高精度结构化约束特征点研究

为提高视觉着陆过程中无人机的相对定位精度,选取视觉图像中的直线交点作为结构化约束特征点,设计了基于梯度一致性的边缘检测算法,并结合Shi-Tomasi角点检测算法进行结构化约束特征点的粗定位。对LSD直线检测算法进行改进并设计了亚像素角点定位精度改进算法,在结构化约束特征点粗定位的基础上,将其精度提高到亚像素级。基于实际场景中固有约束的结构化约束特征点具有鲁棒性、旋转和尺度不变性,抗干扰能力更强,其高精度定位有利于提高视觉着陆相对定位的精度与可靠性。     

基于拐点检测的椭圆弧叶型前后缘评定算法

叶片前后缘的形位对叶片气动性能有着显著影响,且其分割结果也严重影响特征参数的精密计算。现有的叶片前后缘分割算法大多基于拓延算法的实现与改进,但是拓延算法本身尚不能自适应叶型截面尺寸来分割点云,而后续的改进算法在轮廓线误差控制上仍有待加强。针对叶片截面线前后缘的点云精确分割问题,参照椭圆弧叶型的造型设计特点,提出了基于拐点检测的前后缘评定算法。通过对截面线点云旋转、截取、顺时针排序以及拐点检测处理,实现了在高精度测量条件下对叶片前后缘的精确分割。最后设计了对比实验,验证了本文算法可以定性地分割叶片前后缘,并在线轮廓误差上保持了较低水平;论证了在逐点拓延椭圆拟合过程中,从凹性点即开始影响线轮廓误差。     

不同喷口修形的二元收敛喷管RCS数值模拟

用等效棱边电磁流(EEC)方法和物理光学迭代(IPO)法自主开发了计算程序,用来分析不同尾缘修形喷管的雷达散射特性;在计算中考虑喷管出口边缘的绕射场对雷达散射截面(RCS)的影响;提出了一种高效的判断面元间遮挡关系的算法和喷管出口轮廓线的辨别方法;在此基础上,研究了四种不同喷口修形的二元收敛喷管的RCS特性.结果表明:该开发程序具有较好的计算精度;适当的喷口修形可降低重点姿态角下喷管的RCS.      

一种复杂环境下的前视机场跑道识别方法

根据复杂环境机场跑道的视觉特点,提出了利用自适应阈值分割和局部Hough变换相结合的识别方法.利用跑道主要视觉特征提取兴趣区域,缩小处理范围.提取兴趣区域的轮廓后,针对传统Hough变换不能确定直线端点、会出现虚假直线和计算复杂度大的缺点,采用局部Hough变换检测跑道边界.试验结果表明,算法对于复杂环境的机场跑道具有较高的准确性和实时性.     

一种新的基于Graph cuts方法的SAR图像分割模型

Graph cuts方法是一种快速优化技术,能有效解决计算机视觉的低层次问题,如表面重构、分割、去噪等问题。其优点是迭代计算的高效性并能得到全局最优解。利用Graph cuts方法,将基于活动轮廓模型和水平集方法的SAR图像分割模型转化成一个新的模型,可用最大流/最小割方法来求解。实测SAR图像的分割实验表明：提出的新模型所需运行时间大约是基于水平集的活动轮廓模型所需时间的一半,分割精度也得到了较大的提高。     

一种新的泊位飞机阴影分割方法

飞机泊位自动引导系统中,识别跟踪定位泊位飞机时,会出现灰度较低区域被误判为阴影区域的现象,严重影响识别效果,因此分割飞机阴影是泊位成功与否的关键技术。提出一种将形态学的幂变换与无边界主动轮廓线模型结合的阴影分割方法,首先利用多方向权重形态学对泊位飞机图像中的噪声和微小的干扰区域进行滤除,然后进行幂变换来增强图像质量,最后利用无边界主动轮廓线模型分割阴影。实验结果表明,该方法不仅能够滤除噪声,保留图像细节,而且能提高分割阴影的精确度,并且抑制了泊位飞机分割产生的＂拖尾＂现象,有效地检测出运动飞机的阴影。     

航空发动机内部损伤的三维测量与重建

针对航空发动机内部重要部件结构损伤 ,如燃烧室烧伤和腐蚀、叶片裂纹、碰磨及凹坑等的孔探检测问题 ,开发了发动机内部损伤的三维测量与重建系统。该系统利用日本OLYMPUS孔探仪作为系统硬件 ,实现了图像采集、摄像机标定、图像预处理、立体匹配、三维计算及重建等功能模块 ,该系统能够为详细观察和评价发动机内部损伤提供了更为准确和直观的依据。应用实例验证了方法的有效性     

基于STL文件和有限元法的在轨航天器关键部件热计算

针对STL(stereo lithography)文件在传递复杂几何实体模型信息方面具有精度高的特点,提出了一种基于STL文件计算复杂结构角系数和外热流的方法.根据单元和节点的拓扑关系识别六面体网格边界单元并进行辐射换热计算.详细阐述了基于STL文件和有限元法进行复杂结构的角系数和外热流的计算方法.研究了导热-辐射耦合计算的有限元方法.最后利用有限元法计算航天器关键部件在轨的三维瞬态温度场.      

环簇式塞式喷管中立体激波的拓扑结构

采用仅显示环簇式塞式喷管单元间干涉激波区域网格点作为可视化方法对数值模拟结果进行后处理,得到了直观的三维干涉激波图像,并归纳得到三种干涉激波的拓扑结构和一种脊状能量泄漏区.结合文献中的实验数据分析了三种拓扑结构所造成的干涉损失,为设计提供参考.      

发动机孔探图像三维测量与立体重建的实现

作为一种新兴的可视探测技术，孔探成像分析在现代发动机故障诊断中一直发挥着重要的作用。研制和开发基于孔探图像的三维测量与立体重建系统对提高故障诊断水平和预测准确度，降低工作中的人力物力投入，节约维护成本都有着重要的现实意义。本文以整体系统的构架为线索，阐述了系统的图像采集，摄像机标定，图像预处理，立体匹配，3D计算以及深度重建等功能模块的研制思路和基本算法，并给出部分研制结果。本系统的开发为基于也探图像的发动机故障监测与诊断系统的奠定了重要的基础。     

基于平面模板自由拍摄的双目立体测量系统的现场标定

 摄像机标定是基于光学摄像的立体测量技术中的一个十分重要的步骤，标定精度直接影响系统测量的精度和稳定性。本文提出并实现了一种简便易行的双目立体测量系统现场标定方法：利用一块特殊设计的具有不同大小圆形特征点的平面标定板，在无需控制任何运动参数的情况下，双目测量系统只需对标定板在不同角度自由拍摄一组图像即可方便地实现系统标定。该方法在已有单摄像机标定算法的基础上，加入对双摄像机相对位置和姿态的优化，同时考虑了镜头的非线性畸变，达到了较好的标定结果。另外，提出的图像点与其空间点的对应算法具有良好的稳定性，即使由于环境或摄像机摆放位置等因素的影响，一些标定板上的特征点不能被摄像机拍摄到，或者不能被正确识别时，仍然能进行标定工作。标定实验和系统标定后的三维重建结果验证了该方法的有效性。