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使用Tabu搜索技术提取二次曲面

中国机械工程 2004年第15期15卷 1350-1354页

作者：曲学军席平北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

使用最小子集定义一个二次曲面 ,将二次曲面的提取等同于寻找目标函数的优化值 ,并使用Tabu搜索算法最终将规则曲面从测量数据中分离出来。为了增加算法的通用性与实用性 ,给出了从几何数据中提取单张平面 ,以及从已提取的双平行或双相... 详细信息

使用最小子集定义一个二次曲面 ,将二次曲面的提取等同于寻找目标函数的优化值 ,并使用Tabu搜索算法最终将规则曲面从测量数据中分离出来。为了增加算法的通用性与实用性 ,给出了从几何数据中提取单张平面 ,以及从已提取的双平行或双相交平面中分离出单张平面的方法。该方法的优点是概念简单、实现容易且不依赖于曲面的分割结果。对实验结果的分析表明 ,该方法可快速、准确地提取多个二次曲面。

关键词： Tabu搜索二次曲面几何基元最小子集

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自然背景中人造信息的检测算法综述

光学技术 2008年第6期34卷 881-885页

作者：潘聪王向军天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

对目前自然背景中人造信息的检测算法进行了综述。由于自然背景与人造信息在某些特征上存在固有差异,因此可以利用这些差别检测出自然背景中的人造信息。分别讨论了基于几何特征、偏振特征、分形特征和概率模型的人造目标检测算法,并对... 详细信息

对目前自然背景中人造信息的检测算法进行了综述。由于自然背景与人造信息在某些特征上存在固有差异,因此可以利用这些差别检测出自然背景中的人造信息。分别讨论了基于几何特征、偏振特征、分形特征和概率模型的人造目标检测算法,并对天然背景中人造自然的检测算法做了初步的探讨。通过研究发现,基于分形特征的人造信息检测算法是目前研究的热点,而基于DRF模型的人造信息检测算法由于其检测精度高、适应性良好,正成为新的研究发展趋势。

关键词：几何基元偏振分形概率模型

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一种基于线条组织的图像分割算法

计算机学报 1998年第S1期21卷 394-399页

作者：方驰荆仁杰姚庆栋浙江大学信息与智能系统研究所杭州310027

1 引言灰度图像分割是计算机视觉中至今尚未解决的困难问题.目前相当多图像分割算法的基本思想可分为两类:模式分类法和感知组织法.模式分类法利用图像的灰度性质或图像的邻域性质对图像进行分割,这种方法的代表有:灰度阈值法、区域生... 详细信息

1 引言灰度图像分割是计算机视觉中至今尚未解决的困难问题.目前相当多图像分割算法的基本思想可分为两类:模式分类法和感知组织法.模式分类法利用图像的灰度性质或图像的邻域性质对图像进行分割,这种方法的代表有:灰度阈值法、区域生长法、分裂和合并法、迭代分类法、基于表面特征的分割法、基于模糊集合的分割法等等[1,2].感知组织法模仿人类视觉系统的感知性质--在没有图像内容预先知识的情况下能够取得图像基元有关的编组(Groupings)和结构信息,并借鉴人类视觉系统的一些基本编组规则,对从图像中提取出的几何基元进行组织,以产生反映目标几何结构的表示[3,4].模式分类法常利用图像的灰度特征和纹理特征,另外也可利用其它结构特征,甚至某种知识特征;但要对同一种模式提取鲁棒性强的特征有时是相当困难的.而感知组织法的主要困难在于提取的几何基元一般不准确(具有不属于目标的几何基元)以及不完备,因此组织问题比较困难.

关键词：边缘元线条组织图像分割算法边缘提取自然场景感知组织人造目标几何基元封闭轮廓边缘处理

面向空气开关零件的工业机器人视觉拾取系统研究

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面向空气开关零件的工业机器人视觉拾取系统研究

作者：黄锦成浙江工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着“中国制造2025”这一纲领的提出,工业机器人在制造业的应用越来越普及。得益于传感器技术、数控技术的不断推进,工业机器人的应用正在蓬勃发展,逐步走向智能化。而在智能化发展中,为工业机器人加上视觉传感器是一种有效手段... 详细信息

近年来,随着“中国制造2025”这一纲领的提出,工业机器人在制造业的应用越来越普及。得益于传感器技术、数控技术的不断推进,工业机器人的应用正在蓬勃发展,逐步走向智能化。而在智能化发展中,为工业机器人加上视觉传感器是一种有效手段,能使机器人获取周围环境信息与反馈,可以大大提高机器人自动化水平。现如今,视觉引导的机器人已经俨然成为一个机器人与计算机视觉两个领域共同关注的新方向。在视觉引导工业机器人自动装配领域,国内大多数机器人应用场景还需要外部设施配合,还不能很好完成全自动装配。其中主要的技术瓶颈是机器人拾取时的工件识别与定位问题。本文针对该问题,开发了一套基于工业机器人与双目相机的散乱堆叠工件拾取系统,其拾取对象是空气开关中的导电片。主要工作如下:首先,分析实际项目需求,研究了工件识别定位的整体方案。从拾取工件本身的结构特点出发,结合工件摆放的姿态,提出了基于双目相机结合格雷码结构光的立体视觉系统的总体拾取方案流程,据此对系统的视觉测量硬件、执行机构进行选型与设计,对软件部分的架构进行设计。其次,基于双目立体视觉进行三维重建。建立了双目相机的数学模型,采用张正友标定法对两个相机进行标定,得出相机的内部参数和相机之间的位置关系。据此对采集到的照片进行预处理、去畸变、校正,然后结合格雷码结构光匹配同名像素点,利用三角测量原理进行三维重建。然后,根据工件的有效拾取结构,基于Mask R-CNN对二维图片上的工件堆进行分割,结合三维重建得到的整体点云模型得到每个工件中拾取区域的点云,对其进行预处理,使用PCA算法计算点云的法线,采用ISS算子提取关键点,研究了基于SAC-IA和ICP算法进行目标工件基于CAD模型的位姿配准。最后,在工业机器人上使用本文开发的视觉系统进行实验验证,证明本系统设计能满足要求。针对散乱堆放的工件,本文的识别策略从工件上的有效拾取区域出发,结合了Mask R-CNN的鲁棒性较好的特点,能从工件堆中直接识别出可拾取的工件在主相机上的位置,再加上从双目立体视觉系统获得的点云数据中估计的位姿信息,可以较好的完成机器人拾取散乱工件的任务。

关键词：工业机器人拾取散乱堆放双目视觉三维重建几何基元位姿估计

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基于图像处理的工业在线检测技术研究

基于图像处理的工业在线检测技术研究

作者：高美欢山东科技大学

学位级别：硕士

“工业4.0”理念正逐渐深入人心,大多数制造企业开始了项目的实施阶段。从概念到实践:“工业4.0”涉及到智能工厂、智能生产和智能物流三个大方向,都需要产品标识与跟踪、工业机器人、系统软件和大数据等技术支持。在产品标识与跟踪方面... 详细信息

“工业4.0”理念正逐渐深入人心,大多数制造企业开始了项目的实施阶段。从概念到实践:“工业4.0”涉及到智能工厂、智能生产和智能物流三个大方向,都需要产品标识与跟踪、工业机器人、系统软件和大数据等技术支持。在产品标识与跟踪方面,由于条形码具有成本低、高可靠及易用性等特点,在现代制造业生产控制管理中,条码识别技术已成为主要的产品标识与跟踪手段。在实际使用过程中,噪声、光照、以及运动产生的模糊等因素往往干扰相机获取的条码图像质量,从而影响了条码识别的准确性。虽然目前对EAN8、EAN13、code39、code128和QR码在内的码型的识别研究技术已很成熟并应用也很广泛,但对于工业条码的研究还很稀少。在当前电子工业迅速发展的大环境下,电子行业正向小型化,高集成度的方向发展。印刷电路板作为各种电子元器件的高度信息集合被广泛应用在电子工业中的各个领域。由于印刷电路板高密集、高集中的特点,给传统的人工目检带来了巨大挑战。如何精准、高效、低成本的实现工业生产线上条形码识别或pcb自动检测具有十分重要的研究意义。本文研究的内容主要包括两部分:其一是针对工业生产线上条形码识别算法的研究:介绍了常见的几种条形码,分析了工业中用于标识与跟踪的code128条形码的结构、编码原理和译码方法。针对工业生产检测中常见的噪声条形码和模糊条形码的处理算法进行了介绍。将基于噪声检测的加权中值滤波算法应用到噪声条形码的去噪处理中;利用方向微分和微分自相关算法来估计运动模糊的PSF的方向和尺度,并采用维纳滤波算法进行图像复原。根据条形码图像特点(条形码的条中间有细小的间隙,成不连续的颗粒状)选用灰度形态学的腐蚀算法将条形码条中的间隙腐蚀掉,使其变为连续的线状,以便于后期条码识别。最后利用zbar提供的一维条形码译码算法对条形码进行识别。实验表明该算法能有效的提高条形码识别算法的准确性。其二是针对生产线上pcb板缺陷检测技术的研究:为了降低生产中产生的各种噪声影响,首先对pcb板进行去噪处理;然后利用仿射变换实现图像校准;最后根据pcb元件特点,针对不同的元件,提出了不同的检测方法。对于具有规则几何形状的电容元件,采用基于圆弧基元的定位与匹配方法;针对不规则形状的元件,如插针、二极管等,采用改进的SSDA匹配法。最后进行了实验验证。

关键词：图像预处理条形码印刷电路板几何基元模板匹配

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面向机器人抓取的零件识别与定位方法研究

面向机器人抓取的零件识别与定位方法研究

作者：童磊华侨大学

学位级别：硕士

随着工业机器人应用的普及,工业生产的自动化水平不断提高。工业机器人在工业生产自动装配环节的应用有着良好的表现,相比于传统的人工装配,基于工业机器人的自动装配在高效性、准确性、灵活性等各方面都有着明显的优势。目前工业机器... 详细信息

随着工业机器人应用的普及,工业生产的自动化水平不断提高。工业机器人在工业生产自动装配环节的应用有着良好的表现,相比于传统的人工装配,基于工业机器人的自动装配在高效性、准确性、灵活性等各方面都有着明显的优势。目前工业机器人在自动装配上的应用仍有许多不足,国内大多数应用中机器人仍然需要一些人工辅助,还无法完成全自动装配。主要的技术瓶颈是自动抓取时零件的识别与定位问题。本文针对该问题,提出基于双目面结构光立体视觉的零件识别与定位方法。主要研究内容如下:首先研究了零件识别定位整体方案,根据待抓取零件本身的结构信息,抓取环境,零件位姿,抓取要求等信息,提出了基于双目面结构光立体视觉的零件识别与定位方案,搭建了视觉测量硬件系统,并设计开发了相应的测量、识别、定位软件模块。然后提出了从二维图像识别到三维点云定位的整体方案。其次,针对随机堆放目标的识别问题,分析了几种常用的图像目标识别方法,研究了基于HOG特征的SVM目标识别分类器。根据现有方法的不足,提出了改进的基于特征区域的HOG特征和基于图像金字塔的多尺度目标识别方案。通过对零件不同的摆放姿态进行采样生成正样本,从散乱堆放的零件图片中随机截取子图作为负样本,训练支持向量机。实验结果表明经过该方案训练的SVM分类器可以有效地检测图片中的目标零件,检测效率高,检测结果可靠。根据识别结果,对测量场景进行局部三维重建。最后,根据三维重建得到目标零件三维点云,研究零件的定位问题。局部重建的结果为散乱堆放的零件中单个零件的点云。针对零件位姿计算问题,根据零件的结构,提出了基于几何基元的目标零件定位方法。首先进行点云预处理,减小点云数量,平滑点云数据。研究了基于RANSAC算法的几何基元拟合算法。根据基元拟合结果,以及基元空间位置关系建立局部坐标系,通过匹配局部坐标系,计算局部坐标系转换关系获取目标零件相对于CAD模型的位姿。

关键词：双目视觉测量图像特征 SVM 几何基元局部坐标系位姿估计

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基于单幅图像的交互式三维建模方法研究

基于单幅图像的交互式三维建模方法研究

作者：吴峥郑州大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实、3D打印等技术的迅速发展,三维模型广泛应用于场景建模,机器人导航,文化遗产保护等不同领域。许多这样的应用场景需要从现实世界中获取三维模型。传统的基于三维建模软件和采用仪器设备获取深度信息的建模方法在建模的过... 详细信息

随着虚拟现实、3D打印等技术的迅速发展,三维模型广泛应用于场景建模,机器人导航,文化遗产保护等不同领域。许多这样的应用场景需要从现实世界中获取三维模型。传统的基于三维建模软件和采用仪器设备获取深度信息的建模方法在建模的过程中由于操作复杂繁琐,效率较低,已无法满足日益增长的建模应用需求。因此,如何快速、直接地基于真实世界构建场景的三维模型是当前面临的一个重要问题。图像作为一种快速捕获周围世界的媒介,是三维建模的重要资源。基于图像的建模技术具有数据获取广泛,建模效果真实感强等特点,一直以来是计算机图形学和计算机视觉等领域的研究热点。由于透视投影的影响,图像缺失三维场景的深度信息,在不引入先验信息的情况下,根据单幅图像构建目标物体的三维建模仍是一个巨大的挑战。通过观察,人造场景中的物体通常可以由一组几何基元近似表示。本文基于这一普遍存在的性质提出了一种交互式单幅图像建模方法,将建模问题划分为语义任务和几何任务。语义任务由人类高层次的认知能力实现,包含目标物体的分割、识别,通过拖动几何基元到图像相应部分实现基元匹配,计算机自动调整基元参数以拟合目标物体;几何任务包含推断各基元之间的几何语义关系,在满足这些约束关系的前提下联合优化所有基元参数,确定各基元之间的位置关系,这是一个非凸优化问题,需要大规模的计算。本文的建模方法将人的语义识别能力和计算机在计算方面的优势相结合,根据用户少量的辅助交互,从未标定的单幅图像中快速构建出具有真实感的三维模型。实验表明,构建的三维模型由几何基元组成,包含各部件之间的结构信息,具有轻量化、易存储的特点,并可对模型进行部件级编辑处理,以应用于不同场景。

关键词：几何基元模型拟合几何语义关系交互建模非凸优化

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基于深度图像的三维重建研究

基于深度图像的三维重建研究

作者：杨炳伟北京建筑大学

学位级别：硕士

地面三维激光雷达扫描技术获取的海量点云能够精细的表达扫描的实体对象。但由于点云数据具有散乱无序的特性,点云的三维模型重建方面一直是一个难点问题,尤其是当前获取的点云数据量越来越大、点云精度也不断提高,人们对模型的精细程... 详细信息

地面三维激光雷达扫描技术获取的海量点云能够精细的表达扫描的实体对象。但由于点云数据具有散乱无序的特性,点云的三维模型重建方面一直是一个难点问题,尤其是当前获取的点云数据量越来越大、点云精度也不断提高,人们对模型的精细程度要求越来越迫切。因此,如何快速、精细且有效地重建三维模型是当前面临的重要问题。目前,点云模型的重建多由不规则三角网模型表达,这种方法最大优点是其通用性强,能够表达精细几何纹理。但无法提取几何特征参数、数据存储量大、对后续模型的使用不便等缺陷。而由点云数据拟合体元模型能够很好的弥补以上不足,这种方法多用于光滑几何体对象,如管道、墙面等,其缺点是无法对表面几何纹理突出的对象进行表达。基于上述两者的混合模型能够取长补短,是空间数据模型设计的发展趋势,然而有些模型存储资源消耗大,实际应用中利用效率并不高。本文在研究了深度图像概念的基础上进行三维拓展,结合不规则三角网建模以及体元模型建模方式的优点,提出一种基于几何基元基准的深度图像建模方法,主要以地面激光点云为研究对象,围绕几何基元拟合、深度图像生成等技术开展研究。在几何基元拟合阶段,主要以平面、球面、柱面三种几何模型拟合为研究对象,本文根据不同应用情形采取两种策略:一种是基于种子点区域生长的方法进行几何基元拟合;一种是基于分割点云整体进行拟合。其中对于球面拟合提供了一种选权迭代稳健估计方法,提高拟合精度;对于模型参数线性相关的柱面模型,本文采用Levenberg-Marquardt非线性优化算法进行迭代计算,通过对比试验不同初值计算方法,提出一种稳健的柱面初值提取方法。在深度图像生成方面,本文首先根据不同几何基元自身特性进行局部坐标系变换,然后通过对几何模型表面划分格网进行格网节点的数据插值,重构三维模型。在平面基准深度图像重建过程中,采用OBB包围盒作为划分格网的基础包围盒,使得格网能够按照平面点云直径方向划分。对于重建模型中存在的孔洞,本文提出了一种基于检测孔洞的自动补洞算法;在球面基准深度图像重建过程中,本文研究对比了现有的球面格网划分方法,利用四元三角划分(QTM)技术进行格网划分,该方法能够均匀的划分球面模型,因此,能够得到球面深度图像均匀的纹理;在柱面基准深度图像重建过程中,通过提取的柱面模型参数,利用点到直线投影方法快速计算圆柱上顶点和下顶点坐标,进而将圆柱模型表面进行平面展开,进行格网划分。为生成一个无缝的柱面深度图像,本文采用增加圆柱展开平面宽度的方法将展开边缘进行数据内插。最后,以平面、球面、柱面作为参考基准生成深度图像。为验证算法的可行性,在以上研究算法的成果基础上,使用Visual Studio 2013开发平台,基于CLR框架,利用C/C++语言进行算法功能的开发。最后,以手持扫描仪配合关节臂采集的云龙大石雕和后母戊鼎点云数据作为实验数据,验证了本算法的实用性和有效性。

关键词：几何基元深度图像地面激光雷达 QTM 建模格网划分

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基于图匹配的点云场景理解与重建

基于图匹配的点云场景理解与重建

作者：韩文静西安电子科技大学

学位级别：硕士

针对点云场景的语义理解是计算机图像学和立体视觉领域重要的研究问题。其中,解析场景中实体的语义信息在场景重建、虚拟现实、智能家居等方向有重要的应用价值。然而,现有点云场景理解方法大都只关注场景中实体的位置或类别,忽略了实... 详细信息

针对点云场景的语义理解是计算机图像学和立体视觉领域重要的研究问题。其中,解析场景中实体的语义信息在场景重建、虚拟现实、智能家居等方向有重要的应用价值。然而,现有点云场景理解方法大都只关注场景中实体的位置或类别,忽略了实体的形状。因此,论文基于现实场景中的复杂实体大都可由基本几何基元通过交、并、差等布尔操作来融合重构这一事实,提出了一种基于图匹配的场景理解框架,采用“先分割,再整合”的思想完成点云场景中实体的快速提取和重构。论文完成的主要工作包括邻接关系图的构建和基于图匹配的实体提取和重建。首先,构建邻接关系拓扑图。针对Kinect扫描获得的粗糙场景点云数据,首先利用体素化滤波方法进行数据规整和精简化处理;采用区域增长点云分割方法将场景点云数据根据局部形状特征划分成不同区域块;将各区域块作为基本面元,应用RANSAC方法估计其形状及面元参数,定义边界最小距离函数,根据不同区面元边界点集之间的距离大小来判断它们的邻接关系;以基本面元为顶点,面元之间的邻接关系为边构建点云场景邻接关系拓扑图。场景邻接关系拓扑图实现第一轮筛选,剔除了最不可能与当前结点所代表的区域块组成几何基元的其他区域块。其次,实现了基于图匹配的实体提取和重建。对标准的简单几何基元（长方体、球体、柱体、锥体）,建立与场景邻接关系图类似的图模型,用无向图来表示基元各面片的邻接关系和位置关系;将场景邻接关系拓扑图与各基元图模型进行匹配,求取最大公共子图,并定义匹配度函数评价各匹配子图与对应基元图模型的相似程度;随后,根据匹配度和相关阈值选取最合适的顶点组生成对应几何基元,其中,几何基元的形状及位置参数由RANSAC提取所得的面元参数联合估计得到;最后,采用CSG方法将匹配的几何基元融合重构出场景中的各个实体。图匹配与顶点组的选择实现了后两轮筛选,最终确定了生成场景中实体的基元组合,重建出虚拟实体。通过四组包含不同实体的点云场景数据测试,证明本文方法,一方面在点云分割、表面形状提取过程中能有效的避免点云孔洞、稀疏点云等数据缺陷的影响,实现了较为准确的参数估计;另一方面,对于存在数据缺失的点云,亦可以利用有限的数据估计最优的实体形状,证明了方法鲁棒性和优越性。

关键词：点云场景场景理解实体提取图匹配几何基元