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基于ToF-单目相机的空间非合作目标三维形貌与位姿测量方法研究

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基于ToF-单目相机的空间非合作目标三维形貌与位姿测量方法研究

作者：刘子宾国防科技大学

学位级别：硕士

随着航天技术的发展与太空探索活动的日益频繁,越来越多的任务对象都是空间非合作目标,如空间碎片、太空垃圾、故障卫星、非己方航天器等,都无法主动提供任何有效的合作信息,给操控、维修、碎片清除等在轨服务带来极大挑战。因此,实现... 详细信息

随着航天技术的发展与太空探索活动的日益频繁,越来越多的任务对象都是空间非合作目标,如空间碎片、太空垃圾、故障卫星、非己方航天器等,都无法主动提供任何有效的合作信息,给操控、维修、碎片清除等在轨服务带来极大挑战。因此,实现空间非合作目标的三维形貌与位姿测量是开展后续空间探测、态势感知等任务的重要先决条件。光电传感器具有全自主、低成本、结构紧凑等优势,是空间目标特性测量的一种重要手段。然而,由于先验信息缺乏、观测条件受限、空间背景和环境复杂等因素制约,仅依靠单一的光电传感器难以满足空间目标精确测量的任务需求。针对空间任务的特点和非合作目标的测量需求,提出一种基于To F(Time-of-Flight)-单目相机的空间非合作目标形貌与位姿测量方法,搭建了To F-单目相机测量系统,融合To F相机和单目相机的成像优势,完成了To F-单目相机的标定及深度图-纹理图图像配准,实现非合作目标的三维形貌和位姿测量,论文的技术贡献可以概括如下:1、提出一种基于深度图超分辨的空间非合作目标三维形貌测量方法。通过单目相机获取图像的纹理信息辅助深度图上采样,解决To F相机深度图像存在的分辨率低、噪声大的问题,利用同一场景下的高分辨率纹理图引导低分辨率深度图超分辨重建,恢复出非合作目标的精细纹理和结构特征。提出一种基于S估计的迭代最近点算法(S-estimator-based Interative Closest Points,S-ICP),将不同视角下的目标局部点云拼接成为完整三维结构。重建的三维点云较原始To F相机获取的三维点云数量、密度均有所提升,且精度更高。2、提出一种基于2D-3D直线对应的空间非合作目标相对位姿测量方法。致力于求解位姿测量过程中遇到的背景环境复杂、目标特征点遮挡等问题,基于空间非合作目标的三维重建结果,提出一种基于2D-3D直线特征对应的位姿求解方法。首先,使用To F-单目相机测量系统采集目标运动的序列图像。然后,从目标二维图像中提取二维直线,从目标重建后的三维点云中提取三维直线,将二维、三维直线进行匹配。最后,利用二维、三维直线的对应关系最小化误差函数,求解最优的相对位姿参数。

关键词：空间非合作目标三维形貌位姿测量 ToF相机深度图超分辨

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三维形貌自动化测量的程序设计

南京建筑工程学院学报 1998年第1期 11-15页

作者：洪宝宁何小元南京建筑工程学院基础部东南大学

将相移技术和数字图象处理技术运用到变形栅线的处理中，通过计算机程序设计，实现了三维形貌测量的自动化处理。

关键词：程序设计相移三维形貌变形栅线自动化测量

系列示波冲击断口三维形貌几何特征和断裂性能

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金属学报 1998年第1期34卷 63-69页

作者：朱平陈丙森清华大学机械工程系北京100084

应用示波冲击试验技术测量了P460NLl钢不同温度系列下的动态断裂性能.利用扫描电镜立体对技术、图像处理与分析和计算机视觉方法对示波冲击断口形貌进行了三维重建和定量分析结果表明，断口三维粗糙度指数Rs，Rq和Rmax与示波冲击裂纹扩... 详细信息

应用示波冲击试验技术测量了P460NLl钢不同温度系列下的动态断裂性能.利用扫描电镜立体对技术、图像处理与分析和计算机视觉方法对示波冲击断口形貌进行了三维重建和定量分析结果表明，断口三维粗糙度指数Rs，Rq和Rmax与示波冲击裂纹扩展功有很好的对应关系，显示了它们良好的应用前景断面虽然表现出分形行为。

关键词：示波冲击三维形貌断裂性能焊接结构钢

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三维形貌测量及功能评定技术研究现状

轻工科技 2014年第3期30卷 40-41,43页

作者：陆广华许桢英蒋素琴李伯奎南京理工大学泰州科技学院江苏泰州225300 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 淮阴工学院机械工程学院江苏淮安223001

根据检测技术原理的不同,对三维形貌测量技术进行归类、分析和比较,列举各技术的应用情况。此外,分别从基准面的表征、图像表征、参数表征等几个方面,对目前三维形貌的表征方法进行综述,并分析和比较各种方法的特点及国内外相关研究。最... 详细信息

根据检测技术原理的不同,对三维形貌测量技术进行归类、分析和比较,列举各技术的应用情况。此外,分别从基准面的表征、图像表征、参数表征等几个方面,对目前三维形貌的表征方法进行综述,并分析和比较各种方法的特点及国内外相关研究。最后,提出三维形貌测量和表征的一些不足。

关键词：三维形貌功能评定三维测量

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白光干涉三维形貌快速测量算法

航空科学技术 2021年第3期32卷 62-70页

作者：雷李华李强傅云霞上海市计量测试技术研究院上海201203 上海市在线检测与控制技术重点实验室上海201203 航空工业北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术重点实验室北京100095

针对航空科学技术产业中超精密加工对微纳米尺度的测试要求,本文提出一种白光干涉三维形貌快速测量算法。该算法通过将移相扫描精相位与垂直扫描粗相位融合,得到待测样品的三维形貌测量结果,并采用二维离散差分算法判断并消除待测样品... 详细信息

针对航空科学技术产业中超精密加工对微纳米尺度的测试要求,本文提出一种白光干涉三维形貌快速测量算法。该算法通过将移相扫描精相位与垂直扫描粗相位融合,得到待测样品的三维形貌测量结果,并采用二维离散差分算法判断并消除待测样品在阶跃形貌的边缘处产生的蝙蝠翼误差,得到高精度的三维形貌测量结果,试验证明该算法纵向分辨率可达亚纳米精度。

关键词：白光干涉三维形貌相位融合垂直扫描

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投影栅线法测量物体三维形貌研究

柴油机 2007年第4期29卷 49-51页

作者：陆鹏张熹吴君毅夏远富七一一研究所上海200090

应用投影栅线法测量三维形貌既可以直观地判别被测物的外形,如检查对称性、缺陷检测等,还能得到实际的三维尺寸,这对于进行模型设计、现场测试等都很实用,因而,该方法受到广泛关注和应用。设计了新的应用投影栅线法测量三维变形的设备,... 详细信息

应用投影栅线法测量三维形貌既可以直观地判别被测物的外形,如检查对称性、缺陷检测等,还能得到实际的三维尺寸,这对于进行模型设计、现场测试等都很实用,因而,该方法受到广泛关注和应用。设计了新的应用投影栅线法测量三维变形的设备,并将其应用在汽车模型的三维形貌测量上,实际应用表明:该设备具有实时显示、操作方便、精度高等优点。

关键词：投影栅三维形貌等高线

显示钛合金组织中α相三维形貌的恒电位电解深蚀法

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稀有金属 1986年第5期 376-378页

作者：潘光华赵如芬北京航空材料研究所

恒电位浸蚀方法的优点在于能进行选择性浸蚀,以达到显示单个相的目的。对于用一般浸蚀方法难以区分的相,用此法做示差侵蚀,可使组织清晰地显示出来。1957年***第一次用恒电位电解浸蚀,显示合金组织。二十多年来,恒电位电解浸蚀法已有很... 详细信息

恒电位浸蚀方法的优点在于能进行选择性浸蚀,以达到显示单个相的目的。对于用一般浸蚀方法难以区分的相,用此法做示差侵蚀,可使组织清晰地显示出来。1957年***第一次用恒电位电解浸蚀,显示合金组织。二十多年来,恒电位电解浸蚀法已有很大的发展,但大多数是应用在钢铁材料上,对于有色金属,特别是钛合金方面应用较少。本文介绍了在恒电位电解浸蚀研究的基础上,选择合适的浸蚀条件获得钛合金相组织的三维形貌的方法。

关键词：恒电位电解电解液三维形貌极化曲线钦合金

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相移干涉三维形貌纳米检测及算法研究

纳米技术与精密工程 2004年第3期2卷 217-220页

作者：李朝辉井文才周革李岩张红霞张以谟天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术科学实验室天津300072

基于相移干涉理论设计并实现了微平面三维形貌测试系统 ,针对三维形貌检测解包裹过程中出现的问题 ,改进了现有的残差点判断法 ,能够更加准确、快速地确定残差点的存在 .对相位解包裹算法进行了系统研究 ,分析了干涉图中残差对相位解包... 详细信息

基于相移干涉理论设计并实现了微平面三维形貌测试系统 ,针对三维形貌检测解包裹过程中出现的问题 ,改进了现有的残差点判断法 ,能够更加准确、快速地确定残差点的存在 .对相位解包裹算法进行了系统研究 ,分析了干涉图中残差对相位解包裹的影响 ,提出了一种基于二阶导数的区域增长解包裹算法 .在实际测量中 ,最终结果得到了明显的改善 ,证明了该方法的有效性 ,提高了系统精度 .采用此算法 ,系统的纵向测量误差小于 2nm .

关键词：三维形貌二阶导数残差证明算法研究理论设计平面相移干涉干涉图区域增长

基于多源数据融合的典型海岛三维形貌表征方法研究

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海洋开发与管理 2019年第9期36卷 23-26页

作者：曹超蔡锋吴剑陈庆辉郑勇玲吴承强宋志晓卢惠泉鲍晶晶刘春庚自然资源部第三海洋研究所

随着海岛开发利用和基础设施建设的频繁,高效、精准地获取海岛形态基础数据就显得尤为迫切。三维地形地貌探测和构建技术的日臻完善,及时解决了海岛基础勘测时间长、效率低、精度小的问题。文章通过三维激光扫描和无人机航测手段,全覆... 详细信息

随着海岛开发利用和基础设施建设的频繁,高效、精准地获取海岛形态基础数据就显得尤为迫切。三维地形地貌探测和构建技术的日臻完善,及时解决了海岛基础勘测时间长、效率低、精度小的问题。文章通过三维激光扫描和无人机航测手段,全覆盖扫描广西小庙墩(炮台口)海岛表面形态,结合RTK-DGPS实测验证和近景摄影测量,获取海岛实景,运用Geomagic Studio和Smart3D等软件,构建典型海岛三维数字高程模型(DEM),融合多源数据和海岛实景,还原海岛高精度仿真三维形态。为高精度勘测海岛提供有效手段,为海岛基础地理信息获取、地质灾害识别和生态环境修复提供基础数据支撑。

关键词：海岛多源数据三维形貌融合情景识别