基于线结构光扫描的足背三维轮廓重构

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基于图像的六足昆虫的步态检测与三维重构

１引言
步态规划方法是仿生多足机器人最为基础和
关键的技术之一［。根据湿吸力的计算模型ｌ、２力］分析结果和实验数据，昆虫脚蹼结构的足垫，仿提供的吸附力能够保证仿生机器人在斜面或竖直墙壁上行走。但实际仿生机器人在斜坡或墙上爬行时，经常发生滑动，不能稳定运行。但湿吸类的昆虫却可以在竖直甚至倒置表面自由行走。研究表
关键词颜色空问；动检测；区域搜索；维重构运三Ｔ３１４Ｐ９．１中图分类号
ＡｅｈｄＢａｅｎＩａｅＰｒｃｓｆＨｅａｏｎｓｃＭｔｏｓｄｏｍｇｏｅｓｏｘｐｄＩｅｔｉｎＧａｉＤｅｅｔｏｎＤｃｎｓｒｔｏｔｔｃｉｎａｄ３Ｒｅｏｔｕｃｉｎ
上海２１０）０８４（同济大学电子与信息工程学院
摘
要
采用图像方法对六足昆虫进行步态规划，分析图像的颜色空间，选择标记点的颜色，根据颜色向量在颜色空间
的夹角，提取关节点。利用区域搜索算法，检测轮廓，计算区域的质心，采用余弦定理计算各质心的夹角，结合俯视图、侧视图实现三维重构。实验表明该方法简单有效，最大误差１，Ｏ满足仿生机器人的步态规划要求。
ＡｂｔａｔＴｈａｔｆｈｘｐｄｉｓｃｒｌｎｅｙｉｇｒｃｓ．Ｔｈｏｏｐｃｆｉｇｓａａｙｅｎｒｐｒｓｒｃｅｇｉｏｅａｏｎｅｔｅｐａｎｄｂｍａｅｐｏｅｓｓａｅｃｌｒｓａｅｏｍａｅｉｎｌｚｄａｄａｐｏｅ

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统一、技术原理结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统主要依靠两种不同的检测原理，结合起来实现对物体三维轮廓的高精度检测。

1. 线结构光立体视觉线结构光立体视觉是一种通过投射光线来获取物体表面形状的技术。

系统通过投射特定结构的光线，照射到待测物体表面，然后通过摄像头捕捉到物体表面反射的结构光，并利用图像处理算法进行三维形状的重建。

这种技术具有高精度、不受环境光影响等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。

2. 条纹反射法条纹反射法是一种利用光斑和光线的反射来检测物体表面的形状和轮廓的方法。

系统会在不同的角度投射光束到物体表面上，通过物体表面的反射图案来判断出物体表面的曲率和轮廓。

这种方法具有高精度和快速测量的优点，因此在一些对测量精度要求较高的领域得到了广泛应用。

二、系统优势结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统由于利用了两种不同的检测原理，因此具有以下几个优势：1. 高精度：两种检测原理相结合，能够大幅提高检测系统的精度，能够实现对物体表面形状的高精度测量，满足工业生产中对精度要求较高的场景。

2. 多角度测量：系统利用条纹反射法的特点，能够在不同角度对物体进行测量，从而获取更加完整和真实的物体表面形状信息，提高了测量的全面性和准确性。

3. 高效率：结合了两种高效的检测原理，因此能够实现快速的测量，提高了生产效率。

4. 抗环境光影响：线结构光立体视觉在采集图像时，对环境光影响较小，而条纹反射法可以通过判断反射图案来排除环境光的影响，因此系统具有较好的抗环境光影响能力。

1. 模具制造：在模具的设计和制造过程中，需要对模具的表面轮廓进行快速、精准的测量。

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统能够满足这一需求，实现了模具表面轮廓的高精度测量。

四、未来发展趋势结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统在工业生产领域的应用情况已经取得了一定的成绩，但随着科技的不断发展，这种技术仍然存在一些发展的空间和趋势。

零件轮廓表面检测与三维重构技术的研究

ｂｕｈｕｆｃｐｇａｈｆｂｅｔｈｅｏｍｅｒｔｇｐｔｒｓｉｐｔｎｏａｃｍｐｔｒｂＤａｒｎｒ— ｏｔｔｅｓｒａｅｔｏｒｐｙｏＤｏｊｃ．ＴｅｄｆｒｄｇａｉａｔｎｉｎｕｔｏｕｅｙＣＣｃｍｅａａｄｐｏｏ３ｎｅｉ
［摘要】基于零件实物样件的几何模型反求技术已成为ＣＤＣＭ领域的研究热点之一，Ａ／Ａ现提出一种基于面结构光投影法
的复杂零件轮廓表面检测与三维重构技术．此技术通过向被测物体表面投射条纹光栅，得到包含物体表面形状的畸变条纹，畸变条纹图像由ＣＤ拍摄并传送至计算机，过对畸变条纹图像的分析处理，到被测物体表面的三维外形数据信息．Ｃ通得根据检测得到的三维点云数据的特点，用基于曲率抽样的拓扑矩形阵列进行了ＮＲＳ曲面拟合．ＵＢ实验结果表明基于面结构光投影法的重构系统具有检测准确、快捷、非接触等特点，能对复杂零件外形进行有效检测与三维重构．且
Ａｂｓｒｔｔａｃ：ＴｈｅｅｓｎｇｎｅｉｇｏｅｍｅｒｃｍｏｅｓｄｏｔｅｅｌｒｈａｅｏｎｅｏｈｅｅｒｈｆｃｓｓｉｅｒｖｒｅｅｉｅｒｎｆｇｏｔｄｌｂａｅｎｐａｘｍｐａｓｂｃｍｅｏｆｔｅｒｓａｃｏｕｅｎｉＣＡＤ／ＣＡＭｅｄ．Ｔｈｓｐｐｅｅｅｔｈｅｈｄｆ３ＤｈｐｅｍｅｓｒｍｅｔａｄｒｃｎｓｒｃｉｎｂａｅｎｓＹａ．ＴｈｉｆｌｉａｒｐｒｓｎｓｔｅｍｔｏｓｏｓａａｕｅｎｎｅｏｔｕｔｏｓｄｏＨｆｃｅｅ

三维足部扫描中的光学系统设计与实现

三维足部扫描中的光学系统设计与实现作者：郝超杰来源：《科学与财富》2017年第19期摘要：随着激光技术的发展，基于几何光学的激光三角法逐渐得到广泛应用。

激光三角法的基本原理是让激光器发出的激光投射在被测曲面上，用CCD摄像机采集光带被曲面调制后的图像，进而通过对光带的特征分析提取出被测物体的形状、尺寸等表面轮廓信息。

这种方法扫描速度快、精度高、无损且易于实现自动化，并且可以通过软件的方法进行调整处理，是一种可靠的非接触式测量方法，广泛应用于三维数字化以及测量领域。

关键词：三维足部扫描激光三角法三维数字化前言：三维足部扫描仪是一款高科技立体脚型测量设备，该设备集合了光学、机械、电子领域的新兴技术。

利用激光平面光对脚进行光切，在脚的某一个截面上形成封闭光带，用三个 CCD 摄像机对截面光带成像，可一次获得脚的某一个截面的二维轮廓信息，再沿光切的垂直方向步进测量，就可以得到脚的整个三维曲面信息[1]。

一、三维足部扫描光学系统的主要技术指标足部扫描仪的主要技术指标为：扫描范围、分辨率、扫描时间。

分辨率是评价扫描系统精度的重要参数，分辨率越高越能真实反映物体表面的细节，但也会对CCD摄像机提出更高的要求，导致系统成本增加，扫描时间变长，因此需要合理选择。

定义传感器获取图像中每一像素代表的实际距离为系统的分辨率。

由于被测物体距传感器的远近会对分辨率产生影响，因此只能给出系统在典型位置处的分辨率，称为典型分辨率。

定义系统测量的典型位置为距离人脚中心线左右各40mm处的两个竖直平面。

在典型位置处，传感器获得的图像最为清晰，而在此位置内外，则靠镜头的景深来调节。

对比国外足部扫描系统，结合对于人体足部数据测量[2-6]的考虑，提出了这样的技术指标：扫描范围：290mm*140mm*160mm（长度*高度*宽度）典型分辨率：0.1mm*0.2mm*0.3mm（长度*高度*深度）扫描时间的提出主要考虑缩短人体足部保持固定姿态的时间，所以扫描时间要在硬件条件允许的前提下尽量短，因此提出扫描时间为12s，对应的扫描速度为30mm/s。

基于线结构光和足底扫描的足部参数测量研究

基于线结构光和足底扫描的足部参数测量研究李新华;程涛军;马春;孙南;王俊青【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2013(000)018【摘要】针对现有足部轮廓三维重构方法精度低，鲁棒性差，成本昂贵且不符合实际足部生物力学研究要求等问题，设计了一种利用光学测量技术实现无接触式足部参数测量的系统。

该系统一方面通过对足底扫描图像处理，构建足底轮廓点云，分割足底压力区域，计算足底相关参数；另一方面利用线结构光技术，重构足面轮廓，将足底轮廓点云与足面轮廓点云在系统规定世界坐标系内融合，形成完整足部轮廓点云，根据定义计算足部围度等足部系列参数。

通过搭建相应硬件平台对多组人体足部进行测量，实验结果表明系统能够快速、精确地完成足部三维重构，具有很好的鲁棒性。

%Since the existing methods of human foot outline three-dimensional reconstruction have the problems of low accuracy, poor robustness, high cost, and do not meet the actual requirements of the foot biomechanics research etc, a foot parameter measure-ment system which uses optical measurement technology and realizes non-contact measurement has been designed. On one hand, the system uses plantar scanning technology to construct the point cloud of plantar, segments plantar pressure area, and calculates the relevant parameters of plantar; on the other hand, the system uses line structured light to scan the foot surface to construct point cloud of foot surface, fuses into a whole foot contour point cloud, and finally, the system measures the series of footparam-eters according to the definition of foot biomechanics. By the construction of the corresponding hardware platform, the measure-ments of multiple groups of foot are made, and the experimental results show that the system can finish foot 3D reconstruction quickly and accurately while has good robustness.【总页数】5页(P260-264)【作者】李新华;程涛军;马春;孙南;王俊青【作者单位】安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥,230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥,230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥,230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥,230039;中国科学院合肥智能机械研究所自动化系,合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于线结构光的双目视觉目标位姿测量研究 [J], 贺勇标;杨天龙;鲁国峰;廖建国2.基于足底压力的羽毛球运动足部受力特征研究 [J], 傅维杰;刘宇;李路3.线结构光扫描传感器结构参数一体化标定 [J], 王金桥;段发阶;伯恩;刘博文;冯帆4.基于足底扫描仪扫描数据的处理研究 [J], 杨鹏;葛媛媛;宣博凯5.线结构光扫描测头结构参数优化设计 [J], 张海燕;于连栋;郑文兴;董钊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

线结构光三维自动扫描系统关键技术的研究

线结构光三维自动扫描系统关键技术的研究1. 本文概述随着现代工业的快速发展，三维测量技术在制造业、文化遗产保护、生物医学等领域扮演着越来越重要的角色。

线结构光作为一种高精度、高效率的三维测量方法，受到了广泛关注。

本文旨在深入研究线结构光三维自动扫描系统的关键技术，以推动该技术的进步和应用。

本文将介绍线结构光三维扫描系统的基本原理和工作流程，阐述其在三维测量领域的优势和应用前景。

接着，重点分析系统的关键技术，包括线光源的设计、图像采集、三维重建算法、系统标定以及误差补偿等方面。

在此基础上，本文还将探讨当前技术存在的问题和挑战，提出相应的解决方案和改进措施。

为了验证所提出技术的有效性，本文将设计一系列实验，通过对比实验结果，展示改进后系统的性能提升。

本文将对线结构光三维自动扫描系统的未来发展趋势进行展望，指出潜在的研究方向和应用领域。

通过本文的研究，期望为线结构光三维扫描技术的发展提供理论依据和实践指导，促进相关领域的技术进步和产业升级。

2. 线结构光三维扫描原理线结构光三维自动扫描系统的基本原理是利用具有周期性亮度调制的光源和具有精密定位和运动控制系统的线阵CCD相机。

在扫描物体时，系统会发射一系列的结构光纹。

随着扫描仪相对于物体的位置移动，线阵CCD相机接收到由扫描物体表面反射回来的结构光信息。

通过特殊的算法将这些信息处理和分析，从而将三维空间内的信息还原到计算机中。

线结构光三维自动扫描系统可以实现大范围、高精度的三维扫描，特别适用于曲面复杂的物体。

在工业设计、医学、文物保护等领域，这种技术都扮演着重要的角色。

例如，在模具设计、雕塑制作和文物保护中，线结构光三维自动扫描系统可以用于获取物体的精确三维模型，以便进行进一步的分析、修复或复制工作。

3. 线结构光三维扫描系统设计线结构光三维扫描系统的设计基于光学测量原理，通过投射线结构光到被测物体表面，并利用相机捕捉因物体表面不规则而产生的光变形，进而计算出物体表面的三维信息。

结构光编码实现物体三维轮廓的重构算法

知量的方程得到的，程非常简单。过本文采用的图像处理和重构的流程如图３示所
叵
（）三系统的信息获取和图像重构实验１系统的信息获取．个测量系统主要由投影．整机、数码相机、物体和计算机组成。其中投影机投射出结构光线照到物体上，这实际上是对物体形状的编码，被编码的目标由数码相机拍摄下来，它包含目标的三维信息。而后将摄取的图像输入计算机进行处理，以获得被测物体的三维轮廓图样，实现物体的三维轮廓重建和测量。在该系统中，图像输入部分的任务是读入被测物体的条纹图像信息。我们选用型号为三星Ｄｇｉ。ｉｍｘ５Ｓａ３０Ｅ型号的数码相机作为图像输入硬件设备。对于系统来说，构光投影部分是很重要的，结投影的结构光的质量直接决定着图像处理和恢复的结果。我们选用ＶＬ—Ｃ７ＰＸ１型号的投影机。它是单镜头投影系统，亮度为２０５０流明，距离２４．投影．—３４米，以满足我们的需要。可实验中我们选择两种物体，一种为一个碗形物体的背面，另一种为一个方块形的物体。在三维信息获取和图像重构过程中，由于需要采集及处理图像，算机是必不可少的。在此，计我们选用型号为Ｐｎｕ４ＣＵ２４Ｇｚ的计算机。ｅｔｍＰ．０Ｈｉ基本可以满足图像的快速处理和显示要求。２摄像机标定．文用两步法对摄像机内外参．本数进行标定。两步法是Ｒ．Ｔａ于１８Ｙ．ｓｉ９７年提出

利用三维激光扫描技术建立足骨骼三维有限元模型

２０１１年第十四届全国足踝外科学术年会
利用三维激光扫描技术建立足骨骼三维有限元模型
王剑利潘朝晖山东潍坊市，解放军第８９医院全军创伤骨科研究所
２６１０００
足是人体负重及行走时吸收震动的重要结构之一，对足部疾病的病因研究、预防和治疗一直是足外科医生和研究者共同关心的问题。鉴于有限元分析的诸多特性，越来越多的研究者将这种离散化分析应用到医学领域。近年来国外相继建立了基于Ｘ片¨’２’、ＣＴ∞１及ＭＲＩＨｌ技术的足部有限元模型。我们利用三维激光测量仪对人足骨骼标本进行测绘，测量得到足的点云数据，输入计算机，建立了足骨骼三维有限元模型，并对其可行性进行了初步评估。材料与方法１．建模素材：正常足骨骼标本ｌ例。２．激光扫描和三维图像重建：采用ＬＳＨ６００三维激光测量仪对标本进行测绘，得到足的点云图，提取足表面几何数据。在Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ软件下利用得到的足的几何数据根据点一线一面一体生成包含内外侧弓的三维ＣＡＤ模型，内侧弓包括距骨、舟骨、３个楔骨、１’３跖骨；外侧弓包括跟骨、骰骨、４’５跖骨。５个足趾的趾骨简化为一完整的部分。３．三维有限元网格模型的建立及可行性评估：：将在Ｐｒｏｅ中生成的文件导入ＡＮＳＹＳ５．７进行有限元计算，单元类型：十节点四面体。假设足为均一、等方、线弹性材料，弹性模量为ｌＯＧｐａ，泊松比为Ｏ．３４。分别在足跟和前足加以限制，模拟站立中期对距骨施加面载荷，研究假定人体重７０Ｋｇ，载荷大小３５０Ｎ。以最大位移（ＵＳＵＭ）、Ｘ向的应力（ＳＸ）、Ｙ向的应力（ＳＹ），Ｚ向的应力（ＳＺ）、最大应力（ＶＯＮ）为指标评价观察位移及应力分布情况，并和文献报道的结果相比较。４．１’３跖骨、４’５跖骨、跟骨缺损情况下位移及应力的变化：分别删除１’３跖骨、４’５跖骨、跟骨，相同条件加载，以相同评价指标了解足弓缺损后的位移及应力变化情况。结果１．获得了较为逼真的足部骨骼三维有限元模型：模型还原性较好，可以任意旋转，从不同的角度观察，获得满意的三维信息，同时可以根据研究需要进行剖割，删除和添加感兴趣的材料。２．模型简单可靠，应力分布趋势与文献报道的相似ｕ’毛孔副：ＳＸ最大值接近跟骰关节，其它高应力区还有跟骨头部、五个跖骨头、距舟关节、第５跖骨基底；ＳＹ最火值接近跟骨底部、五个跖骨头，距骨、距跟关节、跟骰关节：ＳＺ最大值接近跟骨、五个跖骨头，高应力区还有跗中关节；Ｍｉｓｅｓ应力高分布区接近于跟骰关节的背侧、跟骨的跖侧、跖骨头的跖侧，另外距舟关节、距骨颈背面也是高应力分部区。位移最大的部位为距骨顶、内外侧足弓顶部。３．骨骼缺损后的变化情况：分别模拟ｌ’３跖骨、４’５跖骨、跟骨完全缺损这三种临床缺损的极端情况，相同条件加载后应力（单位：Ｍｐａ）及足的位移（单位：ｍｍ）情况见下表，缺损后Ｍｉｓｅｓ应力的变化见图７、８、９。从骨骼缺损后各向应力分布、位移来看，１’３跖骨缺损后各向应力增加，ＶＯＮ增加２．１２倍，ＵＳＵＭ增加２．１５倍；４’５跖骨缺损后Ｙ、Ｚ方向的应力增加，ＶＯＮ增加１．０９倍，ＵＳＵＭ增加１．４４倍：跟骨缺损后各向应力增加明显、ＶＯＮ增加４９．８３倍，ＵＳＵＭ增加４３４．６０倍。对足内侧组、ＰＩ－Ｎ组跖骨、跟骨缺损前后分别用髂骨、腓骨、肩胛骨３种骨瓣重建，计算出各自的ＵＳＵＭ、ＹＯＮ值，其中ＵＳＵＭ值显示：１’３跖骨缺损ＵＳＵＭ、ＶＯＮ值髂骨重建者小于肩胛骨重建者小于腓骨重建者；４、５跖骨缺损ＵＳＵＭ值髂骨重建者小于肩胛骨重建者小于腓骨重建者；ＶＯＮ值肩胛骨重建者小于髂骨重建者小于腓骨重建者髂骨重建者小于腓骨重建者小于肩胛骨重建春ＶＯＮ值髂骨重建者小于肩胛骨重建者小于腓骨重建者。相同载荷作用下位移越小说明稳定性越好、抗变形能力越强：最大应力越小，则承载能力越强。

3d轮廓扫描仪原理

3d轮廓扫描仪原理
3D轮廓扫描仪是一种用于获取物体表面形状的设备。

其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 发射激光：扫描仪通过激光器发射一束激光束，这束激光以点或线的形式照射到待扫描物体的表面上。

2. 接收反射光：物体表面接收到激光束后，会产生反射光。

扫描仪中的相机或传感器可以接收到这些反射光，并将其转换为电信号。

3. 计算深度信息：通过分析接收到的反射光，扫描仪可以计算出物体表面上各点的深度信息。

一般来说，使用结构光投影、相位差测量等技术来实现深度信息的计算。

4. 生成点云或模型：通过记录物体表面上不同点的深度信息，扫描仪可以生成一个三维点云数据或数字模型。

这些数据可以用于后续的分析、CAD建模、虚拟现实等应用。

需要注意的是，不同类型的3D轮廓扫描仪可能采用不同的原理和技术来实现。

常见的3D轮廓扫描仪包括结构光扫描仪、时差测量扫描仪、飞行时间扫描仪等。

每种扫描仪原理都有其优缺点，可以根据具体应用需求选择适合的扫描仪。

基于相移结构光重建的三维数字化服装建模

基于相移结构光重建的三维数字化服装建模吴义山;徐增波【摘要】针对服装动态虚拟展示中三维数字化服装建模问题,提出了一种面向实体服装的相移结构光重建方法.应用格雷码结构光编解码和4步相移相位重建结合相位跳变修正算法,得到高精度服装三维结构光解码相位数据.以张正友摄像机定标算法进行摄像机/投影仪系统标定和计算机视觉中的对极几何原理进行三维点云数据重建,并采用迭代最近点(ICP)算法,对基于多角度旋转采集到的服装图像数据进行三维点云拼接重建,生成了实体数字化服装模型.几组服装的重建结果表明,相移结构光重建方法能够实现实体着装的数字化建模功能.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2015(029)004【总页数】7页(P353-359)【关键词】结构光测量;服装;摄像机标定;三维点云重建【作者】吴义山;徐增波【作者单位】上海工程技术大学服装学院,上海201620;上海工程技术大学服装学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TS941.26在服装动态虚拟展示领域,传统的服装建模方式是先利用微思三维服装设计软件制作二维衣片,然后进行二维衣片的虚拟缝制,并将其加载到已有的人体模型上进行三维虚拟试衣,最后得到穿着于人体模型上的三维服装.此方法不仅过程繁琐、时间要求长,而且需要操作者有服装设计方面的经验.本文开发了一种实体服装逆向工程系统,应用主动三维测量技术[1],利用投影设备向被测物体投射不同种类的结构光,并采集经被测物体表面调制而发生变形的结构光图像,从携带被测物体表面三维形貌信息的图像中，计算出被测物体的三维形貌数据.在该类三维测量技术中，结构光三维测量技术发展最为迅速,目前已出现多个分支:激光扫描法[2]、傅里叶变换轮廓法[3]、相位测量轮廓技术[4]和结构光编码条纹投影法等.其中,相位测量轮廓技术的使用最为广泛,其原理是通过有一定相位差的多幅光栅条纹图像来计算图像中每个像素的相位值，再根据相位值计算物体的高度信息.该方法尽管分辨率高,但只适合于测量小范围表面连续的物体,并且解相过程复杂,容易出错.结构光编码条纹投影法[5]尽管测量精确,但其编码图案最细条纹像素不能过低,否则会造成格雷码(Gray)解码困难,致使采集测量分辨率低.本文采用格雷码与相移组合编码技术[6]构建表面轮廓三维重构系统,将二者优点互补,依次向被测物投射格雷码条纹和相移光栅.其中,格雷码每条纹码值作为周期次数值来粗分物体表面,相移条纹再细分每一个周期次数值确定的区域.该方法综合了格雷码和相移法各自的优点,可获得较大测量范围和较高的分辨率.系统中格雷码编码相对于二值编码来讲,其相邻码值解码时最多产生一位误码,抗干扰能力强,而相移轮廓测量采用4步法,能够满足服装重建采样精度的要求.本系统采用型号为Epson EB 410 W的投影仪,最高分辨率为1 280像素×800像素,通过视频数据线将投影仪与计算机相连,并由程序控制投影仪投射结构光至服装上.采用微视MV-VD040SC摄像机,分辨率为(768像素×800像素)×24 bit,采样频率为200 fps.电机驱动模块为第三方定制模块,其设备驱动采样应用程序接口(API)函数控制方式,能灵活控制着装人台的旋转、暂停、升降等功能.系统标定板为粘贴有机打棋盘网格图的木制平整面板,用于摄像机/投影仪系统参数标定.系统服装建模主要流程包括格雷码编解码、摄像机/投影仪系统标定、三维结构光点云重建及基于多角度旋转重建点云拼接的实体着装数字化模型的生成.本文采用的水平和垂直方向都为6阶格雷码图像.水平和垂直方向均为4步相移,其中相移条纹周期为6阶格雷码条纹宽度的一半,这样能基本保证格雷码编码边界与相移跳变边界的一致性.同时,为了增加格雷码解码的稳定性,采用互补格雷码方式解码取互补差值图的二值化结果,并滤除灰度不敏感区域,以减少解码的噪声干扰.采集所用投影为34幅图像,包括0～1幅全场白黑反转图、2～13幅水平方向6阶互补格雷码编码图、14～17幅水平方向4步相移图、18～29幅垂直方向6阶互补格雷码编码图和30～33幅垂直方向4步相移图.图1为用于系统校正的3个位置的校正板图像,该3个位置白场图像及对应结构光解码重建图像用于摄像机/投影仪系统参数校正.图2为系统校正板位置1的全部投影图.定义第N-i+1阶格雷码图像为Gi(x,y),1≤x≤W,1≤y≤H,1≤i≤N,其中,W和H分别为图像的宽度和高度.对采用6阶(即N=6)格雷码编码,结合4步相移相位重建方法(K=4)及(x,y)分别为第N-i+1阶正格雷码和补码格雷码图.(x,y)为它们之间的极差,则令光强差阈值系数为C=0.01,第N-i+1阶互补格雷码图像最大灰度为,则第N-i+1阶格雷码二值图为整个格雷码编码有效区域为V(x,y)=((？1∶01∶0标定板位置1的各阶段格雷码解码结果,如图3所示.其中:图3(a)为各阶水平及垂直方向格雷码二值图Bi(x,y);图3(b)为水平及垂直方向格雷码解码图(x,y)和(x,y)；图3(c)为水平及垂直方向格雷码二进制转换图(x,y)和;图3(d)为水平及垂直方向编码有效区域图Vh(x,y)和Vv(x,y).经过N阶格雷码编码解码后,码值被分成2N个区域,该区域像素点编码值都相同,使得测量分辨率较低.怎样细分该码值,使匹配细分到各像素,是引入相移光栅测量的主要原因.图2中,14～17幅、31～33幅分别为水平和垂直方向上K(K=4)步相移光栅图像.在该K步相移法,相移图案每次移动1/K周期,此时条纹图的相位移动2π/K,产生一个新的光强函数I(x,y),等距平移K-1次,获得K幅图像Ik(x,y),k=1,…,K.根据4步相移重建原理计算出光栅图像的相位主值为标定板位置1的水平和垂直方向4步相移相位解码图如图4所示.由式(7)所求出的相位主值是利用反正切函数求取的,反正切函数所求得的相位主值在区间[-π,+π],需要对其展开求解.以前的方法是通过逐点增长来对其进行展开的,受噪声干扰影响较大，而当格雷码解码后最小周期与相位周期相等时,则相位相差一个周期在格雷码值上表现为格雷码值相差为1.因此,当选择零相位点为图片中的水平方向(x轴)第一个像素点时,理想情况下求取每个像素点展开后相位绝对值的公式为在实际测量过程中,由于受到曲面调制及噪声的影响,相位区间与格雷码值区间不可能完全对应,则需做周期校正处理.由图5可见,应用式(8)进行水平及垂直方向相位绝对展开的效果图,其中右图为左图水平及垂直中心相位绝对展开曲线.图中出现很多局部突起,表示该局部区域相位展开失败.针对此情况,本文设计了一种相位跳变检测算法,即沿水平方向检测跳变幅度及方向,如果超过一定阈值,则在此及后续像素点进行相位修正,直到修补后的跳变消除,垂直方向也是如此.具体原理如下: 1) 检测该位置区域是否有效,如果无效,则进行下一个位置x++,回到1)，否则进行下一步.2) 计算g=G(x,y)-G(x+1,y),如果碰到无效区域,则退出修复,回到1);如果g!=0,则计算v1=φ(x,y)-φ(x+1,y),并初始化addv=0;如果v1≥0.5,则addv=1;如果v1≤-0.5,则addv=-1;如果addv=0,为没有检测到跳变,继续一个像素x++,回到1)，否则计算v2=φ(x,y)-G(x,y);如果v2≥0.35或v2≤-0.35,则从当前位置起执行跳变修复处理,即φ(x,y)=φ(x,y)+addv,继续一个像素x++,回到2),否则回到1).图6为经过跳变修复处理后的示意图,通过修复前后对比,说明本算法能够有效修正因系统校正误差等引起的相位区间和格雷码解码区域匹配错误问题.采用张正友摄像机定标算法[7],并应用calib-toolbox工具箱进行摄像机、投影仪内外参数计算及二者几何关系校验.图7为校正板位置2及其投影仪坐标映射重构图角点检测结果.其中，图7(a)为校正板图像角点检测结果图,图7(b)为校正板投影仪坐标映射重构图,图7(c)为校正板投影仪坐标映射重构图角点检测结果图.图8为摄像机/投影仪系统及标定板相对几何位置标定结果.根据摄像机/投影仪系统标定参数及双目立体视觉的对极几何原理,可以重建解码结构光点云数据.在已知摄像机与投影仪系统投影矩阵条件下,三维空间点位置信息可以根据双目立体视觉对极几何原理求解而得[8]，其原理如图9所示.图中:C、C′分别为摄像机和投影仪中心为基线;A为极平面;X=[x,y,z,1]T为待测三维空间点;x=[x,y]和x′=[x′,y′]分别为空间点X投影到摄像机和投影仪坐标平面的点,点对x 和x′满足基础矩阵F的约束关系,即求解X的方法很多,本系统采用投影线交叉求解线性方程组的方法[8],过程如下：令摄像机和投影仪投影矩阵分别为x和x′投影方程分别为piT为P矩阵第i行向量,则构建解线性方程组,并求解近似解，即根据对极几何原理求出图像间的匹配点对应的三维空间点坐标,然后用迭代最近点(Interative Closest Point,ICP)[9]算法对多幅图像进行点云拼接,得出完整的三维场景的点云表示.3个校正板点云三维重建结果如图10所示.由图可见,3个校正板位置得到较为精确的重建结果,图中各点云纹理为系统反投影至3个位置校正板原始全白场图像对应像素纹理.本系统采用角度旋转采样重建,保证相邻采样面约有75%的重叠.在模型重构之前,首先对序列旋转间隔重建点云进行相对旋转位置校正,使得各旋转重建点云的世界坐标系与首幅重建点云的世界坐标系实现统一,大大简化了点云配准的复杂程度.采用ICP算法对相邻旋转间隔点云进行配准,并对最终全局配准点云图进行临近点融合,以消除冗余点云及系统重建误差引起的各点云重叠区域空间位置的波动.对配准后的点云数据进行三角网格化处理后，根据首幅全白场图像提供的彩色纹理及其结构光解码位置进行纹理贴图,再进行交互的着装人台网格点剔除及边缘修剪,最后生成数字化服装.图11为男短袖衬衫着装的9人台旋转重建点云拼接结果.图11(a)为8个位置白场图像,图11(b)为8个位置水平6阶格雷码编码,图11(c)为8个位置预处理后的重建三维点云图,图11(d)为8个位置旋转校正及点云配准结果图,图11(e)为实体三维服装模型重构图.图12为另外两台男短袖衬衫着装人台旋转重建服装建模结果展示图,其中偶数列为无纹理映射模型.由图可知,应用本系统的结构光旋转重建技术能够实现服装着装建模要求.本文研究了实体服装模型构建问题,包括系统搭建、格雷码编解码结合相移相位恢复、摄像机/投影仪系统标定、三维结构光点云重建和基于多角度旋转重建点云拼接的实体着装数字化模型生成等.由研究结果可知:6阶格雷码编码结合4步相移解相方法,能够实现正确解码;格雷码解码相移相位绝对展开中相位跳变技术能够有效修正系统校正误差等引起的相位区间与格雷码解码区域匹配错误问题;基于白场图像及投影仪坐标重构图像中棋盘网格角点位置检测,可以实现摄像机/投影仪相对位置几何标定;在已知摄像机与投影仪系统投影矩阵条件下,根据双目体视空间几何三角原理求解线性方程组,可以三维空间点位置重建;8次人台着装旋转重构点云拼接可以实现服装三维数字化的建模要求.。

基于Intel Real Sense 3D实感技术的三维脚型测量与重构

收稿日期：２０１７０８１３；修回日期：２０１７０８３０。基金项目：安徽省重点研究与开发计划项目（１７０４ａ０９０２０２６）；安徽大学电子信息工程学院研究生学术创新研究基金项目奖（ｙｑｈ１００２２４）。作者简介：陈超奇（１９９０），男，安徽省阜阳市人，硕士研究生，主要从事三维重构方向的研究。李新华（１９７０），男，安徽省铜陵市人，博士，副教授，主要从事图像处理，体能测试与脚型测量等方向的研究。
测试与故障诊断
计算机测量与控制．２０１８．２６（４）犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾
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文章编号：１６７１４５９８（２０１８）０４００２３０５ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１８．０４．００７中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ
（ＭｉｎｉｓｔｅｒｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｉｎｇ＆ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ２３００３９，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＲｅａｌＳｅｎｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｏｏｔｐａｒａｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｃｏｓｔ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ＴｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｓｔｈｅＩｎｔｅｌＲｅａｌＳｅｎｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｂｕｉｌｄａｆｏｏｔｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅＳＲ３００．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｉｒｓｔｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｆｕｌｌ－ｆａｃｅｃｏｎｔｏｕｒｐｏｉｎｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｅｐｔｈｉｍａｇｅｉｎｔｏｔｈｅｓｙｓｔｅｍ－ｄｅｆｉｎｅｄｗｏｒｌｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅＩＣＰａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ，ｆｉｎａｌｌｙｏｂｔａｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｆｏｏｔｃｏｎｔｏｕｒｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｆｏｏｔｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｆｏｏｔｓｅｒｉｅｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｅｘｔｕｒｅｍａｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｒｅｎｄｅｒ３Ｄｉｍａｇｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｏｔｏｎｌｙｃａｎａｃｈｉｅｖｅｆｏｏｔｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｅｘａｃｔｌｙ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓｇｏｏｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．

基于VTK的足部骨骼三维可视化研究

基于VTK的足部骨骼三维可视化研究
戴虹
【期刊名称】《上海第二工业大学学报》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】基于CT图像序列利用VTK(Visualization Toolkit,可视化工具箱)实现了人体足部骨骼的三维表面重建。

采用最大熵阈值算法进行足部骨骼图像分割,将该阈值作为骨骼等值面抽取值；在VC++中利用VTK编程实现了基于移动立方体法的足部骨骼表面重建,并对所得三维表面进行了优化；将所得结果存为三维模型常用的STL文件格式。

实验结果表明,此方法获得了理想的可视化效果,可在足部疾病诊断和治疗、手术仿真等方面发挥重要作用。

【总页数】4页(P211-214)
【作者】戴虹
【作者单位】上海第二工业大学电子与电气工程学院，上海201209
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.基于VTK的地下管线三维可视化研究与实现 [J], 邓凯;蔡竹静
2.基于VTK土壤养分三维可视化研究与实现 [J], 姜健;陈桂芬
3.基于VTK与QT的地震数据三维可视化研究与实现 [J], 夏成静;石深涵;熊杰;张成云;张伊
4.基于VTK的陶瓷材料显微结构的三维可视化研究 [J], 杨云;岳柱
5.基于VTK和QT的层状地质体三维建模及可视化研究 [J], 姜弢;陈振振;徐学纯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

学术讲座报告—基于结构光照明的三维物体识别

学术讲座报告――基于结构光照明的三维物体识别结构光照明(Structured Light lllumination )，是指基于三角测量，立体重建。

通过测量一系列的预测模式的失真反射目标，目标的 3-D 表面信息可以提取。

为了帮助理解结构光照明，无论是理想和在此演示文稿介绍实用模式。

然后，我们采用模型设计模式和分析三维重建的表现。

以下是我对此技术的了解和体会：结构光照明三维成像系统(3D Imaging System with Structuredlllumi natio n) 基于光学三角法测量原理，是一种主动三维传感技术。

光学投影系统将一定模式的结构光图案投射到待测物体表面，在表面上形成受到被测物体表面形状调制的三维变形图像。

该三维图像由位于另一角度的成像系统探测，从而获得二维的变形图像。

结构光图案的变形程度取决于光学投影系统与成像系统之间的相对位置和物体表面轮廓。

当光学投影系统与成像系统之间的相对位置一定时，由变形的二维图像可以恢复物体表面的三维轮廓。

结构光照明三维成像系统由光学投影系统、成像系统、计算机系统等组成。

基于光学三角测量法的结构光照明三维测量技术，通过处理测量系统所获取的数据，建立投影光栅、待测物体表面与摄像机像面上对应点之间的三角关系。

最终根据三角测量原理得到待测物体表面的三维形貌分布。

摄像机数学模型:其中r 2 =x 2 • 丫2飞也…为径向畸变参量摄像机的径向畸变可以表示为:- 2 ：yr (X, y)二 y(k ’r I ：■ ( x, y) = x(«r 彳 -k 2r 4 - k 3r 6 -k 2r 4 k 3「■....)■....)- 2 2摄像机的切向畸变可以表示为：-（x,八2px y p 22（r 2x ）:yt （x, y ）二 P i （r 2y ） 2 p ?xy其中pi , p2是切向畸变向量。

考虑摄像机畸变之后，p 点在归一化摄像机坐标系中的实际（x d , y d ）坐标可表X d =x • ：xr (X, y)，xt (x, y) y d 二 y — (x, y)，yt (x, y)典型的结构光照明三维成像系统由投影仪、摄像机、计算机组成，系统模型如下图所示，它是由光、机、电、算一体化系统，有硬件和软件两大部分组成。

基于线结构光扫描的脚型重构测量研究的开题报告

基于线结构光扫描的脚型重构测量研究的开题报告一、选题背景与意义脚型的测量是传统的医学研究领域中的一个重要研究方向。

如今，随着人们对舒适的鞋子和节约医疗成本的需求增加，对脚型测量的要求也越来越高。

传统的方法包括通过手工测量或使用专业设备进行测量。

然而，手工测量容易导致误差，因此需要更可靠和精确的测量方法。

同时，现代三维成像技术已经应用于相关领域，从而为脚型测量提供了新的机会。

线结构光扫描作为三维成像技术的一种，可以通过使用标准摄像机和激光投影器来创建三维物体的精确模型。

在脚型测量方面，该技术可以提供比传统方法更高的准确性和可重复性。

因此，基于线结构光扫描的脚型重构测量研究是一项有意义和有创意的项目。

二、研究目的本研究旨在通过开发一种基于线结构光扫描技术的脚型测量系统，通过获取和分析三维数据来测量人的脚型，从而提供更精确和可靠的脚型测量服务。

具体目的包括：1.开发一种基于线结构光扫描技术的脚型测量系统。

2.利用该系统测量人类脚型的三维数据，并对数据进行分析和处理。

3.评估该系统的准确性和精度，并对成果进行验证和调整。

三、研究内容1.文献综述与背景分析，包括脚型的测量方法、线结构光扫描技术原理、脚型测量系统等。

2.研究线结构光扫描技术在脚型测量中的应用，包括采集三维数据和分析处理数据。

3.设计和开发基于线结构光扫描技术的脚型测量系统，包括激光发射机和摄像机。

4.利用测量系统采集人类脚型的三维数据，并对数据进行分析和处理。

5.评估该系统的准确性和精度，并进行验证和调整。

四、预期成果通过基于线结构光扫描技术的脚型测量系统，可以获得人类脚型三维数据，该数据可以在医疗、运动、休闲等领域中应用。

预期的成果包括：1.脚型测量系统的设计和开发。

2.人类脚型三维数据的采集、处理和分析。

3.对该系统的准确性和精度进行评估并进行实验验证。

4.发表相关论文或报告，以及提交系统的技术文档和代码。

五、研究进度安排第一年：1.完成文献综述和规划研究内容2.设计和开发基于线结构光扫描技术的脚型测量系统3.收集脚型测量数据的格式及保存方式，建立数据集第二年：1.采集人类脚型的三维数据2.对数据进行分析和处理3.评估该系统的准确性和精度第三年：1.进行实验验证2.发表论文或报告3.制作系统的技术文档和代码六、预期贡献本研究的结果将有助于提高脚型测量的准确性和精度，尤其是对于运动员、老年人以及脚部有特殊问题的人群而言。

基于结构光的人体三维扫描关键技术研究的开题报告

基于结构光的人体三维扫描关键技术研究的开题报告1.研究背景人体三维扫描技术是工业设计、医学、运动科学、数字娱乐等领域的重要应用，其中基于结构光的扫描技术因其高速、精度高、成本低等优点，已经成为目前人体三维扫描领域的主流技术之一。

本项目旨在通过对基于结构光的人体三维扫描技术的关键技术进行研究，提高其精度和效率，推动其在现有应用领域的广泛应用。

2.研究目标（1）分析基于结构光的人体三维扫描的影响因素，建立人体模型的数学模型；（2）研究光源光照和相机参数对扫描精度的影响；（3）开发基于结构光的人体三维扫描系统；（4）对数据进行后处理，提高扫描精度。

3.研究内容（1）分析基于结构光的人体三维扫描的影响因素，建立人体模型的数学模型；该部分研究主要通过理论建模分析和仿真模拟分析，对于影响扫描精度的因素，建立数学模型，为后续的实验研究提供理论依据。

（2）研究光源光照和相机参数对扫描精度的影响；该部分研究重点在于研究光源光照和相机参数对扫描精度的影响，并从光源光照的强度、方向、相位等方面入手，优化其对人体三维扫描的影响，提高扫描质量。

该部分研究重点在发开于结构光的人体三维扫描系统，包括硬件设计和软件开发，确保系统具有高速和精度等特点。

（4）对数据进行后处理，提高扫描精度。

该部分研究主要研究人体三维扫描数据的后处理方法，包括数据配准、去噪、拼接等技术，提高扫描精度和数据质量。

4.研究方法（1）理论分析和数学建模：通过理论分析和数学建模，得出对于基于结构光的人体三维扫描关键技术的影响因素；（2）实验分析：通过实验分析，验证理论分析和数学建模的正确性，并获得实际的扫描数据；（3）算法设计：通过对实验数据的分析，优化光源光照和相机参数，提高扫描精度；（4）系统集成：将优化后的算法应用到基于结构光的人体三维扫描系统中，开发完整的系统。

5.研究意义（1）提高基于结构光的人体三维扫描系统的扫描精度和效率，为工业设计、医学、运动科学、数字娱乐等领域的应用提供更好的数据支持；（2）丰富基于结构光的人体三维扫描技术的研究成果，推进三维扫描领域的发展；（3）为基于结构光的人体三维扫描技术在应用领域的进一步推广和应用奠定基础。