基于邻域几何质心的深度学习点云配准(特邀)

1

作者 汤洁 陈文武 +4 位作者 周昕然 孙煌乐 陈钱 冯世杰 左超 《光子学报》 北大核心 2025年第9期232-244,共13页

三维点云配准是实现多视角三维重建与复杂场景空间理解的关键技术,然而在重叠区域有限、局部遮挡显著及点云质量受扰等非理想条件下,现有方法仍面临配准精度与鲁棒性难以兼顾的挑战。提出了一种基于邻域几何质心编码的点云配准网络,通... 三维点云配准是实现多视角三维重建与复杂场景空间理解的关键技术,然而在重叠区域有限、局部遮挡显著及点云质量受扰等非理想条件下,现有方法仍面临配准精度与鲁棒性难以兼顾的挑战。提出了一种基于邻域几何质心编码的点云配准网络,通过构建邻域质心空间参考和多维几何结构编码,显著增强了局部结构建模与匹配判别能力。具体而言,采用邻域加权质心策略提取多尺度局部几何特征,在自注意力机制中融合几何偏置信息,通过跨点云交叉注意力模块实现高效的局部对局部匹配与全局对齐。实验结果表明,所提方法在ModelNet40数据集及基于结构光测量的真实点云数据集上均实现了较现有主流方法更高的配准精度与稳定性,特别是在低重叠率和噪声干扰条件下展现出显著优势。该研究可为多视角点云拼接与结构光测量系统中的三维重建提供新的方法思路,并为复杂环境下点云配准算法的设计与实现提供有效支持。 展开更多

关键词 点云配准 深度学习 质心特征 几何结构编码 三维重建 结构光三维测量

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基于斑点位置编码的多线结构光三维测量系统

2

作者 陈存存 李小庆 徐玉华 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第8期1045-1051,共7页

针对多线结构光三维测量系统多线编号识别问题,文章提出一种新的合成编码方式,即投射一张编码斑点图和一张多线图,利用斑点分布对多线编、解码,实现多线编号识别。通过Unreal Engine 4仿真单目线结构光系统,验证该方法可行。利用投影仪... 针对多线结构光三维测量系统多线编号识别问题,文章提出一种新的合成编码方式,即投射一张编码斑点图和一张多线图,利用斑点分布对多线编、解码,实现多线编号识别。通过Unreal Engine 4仿真单目线结构光系统,验证该方法可行。利用投影仪和相机搭建基于斑点位置编码的多线结构光实物三维测量系统,进行实验,结果表明该系统在距离40 cm左右、不依靠对物体贴标志点即可完成对物体的三维测量,精度达0.1542 mm。 展开更多

关键词 线结构光 合成编码 Unreal Engine 4 三维测量

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基于事件相机传感器的时序编码结构光系统设计

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作者 张靖东 王习之 +1 位作者 马宣 刘晓光 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第5期885-895,共11页

结构光技术是一种非接触式的光学三维成像技术,通过测量投影图案在物体表面发生的形变,可以还原物体的三维特征信息。然而,目前已有的结构光系统设计方案存在算法复杂和帧率低的问题。为解决这些问题,提出了一种基于事件相机传感器的时... 结构光技术是一种非接触式的光学三维成像技术,通过测量投影图案在物体表面发生的形变,可以还原物体的三维特征信息。然而,目前已有的结构光系统设计方案存在算法复杂和帧率低的问题。为解决这些问题,提出了一种基于事件相机传感器的时序编码结构光系统。采用DLP(digital light projector,数字光投影仪)投影明暗交替的时序编码散斑图案,并利用事件相机传感器进行高速采集。通过对投影的散斑图案进行时序编码,就可以用散斑点搜索的方法代替复杂的空间匹配,从而降低结构光系统的算法复杂度。通过对散斑点的对应关系进行分析,最终恢复出空间物体表面的三维信息。经过实验验证,系统的采集帧率可达66.7 frame/s,且相对于传统方案,算法复杂度显著降低,测量精度可达毫米级。实验证明本文设计的时序编码结构光系统可以高速、低功耗地对实际场景进行三维重建。 展开更多

关键词 三维传感 结构光 事件相机 时序编码

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格雷码与相移结合的结构光三维测量技术 被引量：29

4

作者 于晓洋 吴海滨 +1 位作者 尹丽萍 杨明极 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期2152-2157,共6页

提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在(π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中... 提出一种应用于结构光三维测量系统投射角求取的格雷码与相移结合的编码、解码方法。该方法首先利用相移图案,确保采样点的相位在(π,-π]范围内周期变化,再将该相位与采样点对应的格雷码结合得到绝对相位,最后将绝对相位在相位空间中的位置线性映射到投射角空间,对其进行连续划分,从而确定采样点的投射角,最后依据三角法原理实现三维测量。本文具体介绍了编码、解码原理,分析了解码过程中格雷码和相移周期错位问题,并通过判断相邻像素点的格雷码值增加和相位突变是否一致进行了调整,给出了3dsMAX和MATLAB环境下的仿真重构实验结果。 展开更多

关键词 三维测量 结构光 格雷码 相移

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基于格雷码-相移的双目三维测量方法研究 被引量：17

5

作者 林焕 马志峰 +1 位作者 姚春海 王昊 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期24-28,共5页

本文采用格雷码-相移组合的结构光,结合双目立体视觉技术,研究了三维表面测量方法.三维测量精度主要取决于格雷码-相移的解码精度,由于物体表面反射率不一致,不同区域又会相互反射,一般的阈值分割无法得到准确的二值化条纹图.因此在投... 本文采用格雷码-相移组合的结构光,结合双目立体视觉技术,研究了三维表面测量方法.三维测量精度主要取决于格雷码-相移的解码精度,由于物体表面反射率不一致,不同区域又会相互反射,一般的阈值分割无法得到准确的二值化条纹图.因此在投射格雷码条纹图案基础上,再投射一组格雷码反码条纹图案.针对格雷码-相移解码过程中的周期错位问题,提出一种新的校正方法.将文中三维测量方法应用在人眼石膏模型的表面测量实验中,重建结果验证该方法的准确性和可靠性. 展开更多

关键词 三维测量 结构光 格雷码 相移

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用构造光系统实现3-D形貌测量的研究 被引量：9

6

作者 董斌 尤政 +1 位作者 刘兴占 李颖鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1999年第3期97-102,共6页

介绍了一个用构造空间二进制编码进行非接触３Ｄ形貌测量的系统。它以一台ＬＣＤ投影仪为硬件基础，用８幅条纹投影图案对被测物体表面进行空间编码。用ＣＣＤ摄像机获取物体编码信息，用基于单一像素的三角法原理从摄像机图像中获取... 介绍了一个用构造空间二进制编码进行非接触３Ｄ形貌测量的系统。它以一台ＬＣＤ投影仪为硬件基础，用８幅条纹投影图案对被测物体表面进行空间编码。用ＣＣＤ摄像机获取物体编码信息，用基于单一像素的三角法原理从摄像机图像中获取三维形貌数据。指出了二进制编码图案生成软件及其生成的条纹图案的特点。为了提高３Ｄ形貌测量的精度，分析了由摄像机和投影仪镜头造成的误差，建立了它们的透镜误差矫正公式，并取得了良好的实验结果。 展开更多

关键词 3-D形貌测量 三角法 构造光系统 LCD投影仪

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双向扫描投影双目结构光编码设计 被引量：4

7

作者 刘辉 王伯雄 +1 位作者 李鹏程 任怀艺 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1862-1867,共6页

传统的格雷码编码方式,由于全亮和全暗投影条纹的影响不能获得很好的重构效果。结合双目结构光重构表达式对传统的格雷码编码方式进行了改进,提出了双向扫描的lemming编码形式。首先,根据双目结构光的原理给出了左、右摄像机对物体重构... 传统的格雷码编码方式,由于全亮和全暗投影条纹的影响不能获得很好的重构效果。结合双目结构光重构表达式对传统的格雷码编码方式进行了改进,提出了双向扫描的lemming编码形式。首先,根据双目结构光的原理给出了左、右摄像机对物体重构的世界坐标表达式。接着,对传统的格雷码进行了分析,针对传统格雷码中在全亮条纹和全暗条纹处对被测物体不能很好识别的情况,提出了双向扫描lemming方法。此种编码方式保留了传统格雷码相邻区间编码只有一位不同的特性,消除了传统格雷码在全亮条纹和全暗条纹处对被测物体不能识别的情况,并采用投影图案的双向扫描方式,受环境背景噪声干扰小。最后,实验结果表明该方法具有更好的物体重构效果和更强的抗噪声能力。 展开更多

关键词 结构光 形貌测量 编码图案

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基于Gray码和线移条纹的结构光3D测量技术 被引量：11

8

作者 于晓洋 吴海滨 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期701-704,共4页

结构光3D测量的关键问题之一是准确地确定图像采样点并求其投射角。提出一种以时序向被测表面投射Gray码和线移条纹进行编码,以亚像素定位技术提取Gray码条纹边缘和线移条纹中心,将其上点作为图像采样点进行解码的方法。消除了Gray码固... 结构光3D测量的关键问题之一是准确地确定图像采样点并求其投射角。提出一种以时序向被测表面投射Gray码和线移条纹进行编码,以亚像素定位技术提取Gray码条纹边缘和线移条纹中心,将其上点作为图像采样点进行解码的方法。消除了Gray码固有的一位解码误差对投射角求取的影响,同时提高了采样密度。文中具体介绍该方法的编码解码原理,分析了编码图案正交投射对测量准确度的影响,给出了仿真实验结果。测量误差约为0.04%。 展开更多

关键词 3D测量 结构光 GRAY码 线移

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空间编码高速三维轮廓测量技术—原理和方法 被引量：7

9

作者 王昭 谭玉山 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 1998年第4期238-242,共5页

给出了一种用于机器人视觉系统或物体三维形面测量中的结构光空间编码测量技术。它的测量原理虽然与结构光三角测量原理类似，但它克服了三角法中获取图像和处理时间较长的缺点。本文着重论述其测量编码原理，并以计算机图形学为基础讨... 给出了一种用于机器人视觉系统或物体三维形面测量中的结构光空间编码测量技术。它的测量原理虽然与结构光三角测量原理类似，但它克服了三角法中获取图像和处理时间较长的缺点。本文着重论述其测量编码原理，并以计算机图形学为基础讨论、推导得到其计算方程组。 展开更多

关键词 空间编码 轮廓测量 三角测量 结构光 机器人

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高采样密度彩色结构光三维测量技术仿真研究 被引量：2

10

作者 于晓洋 关丛荣 +2 位作者 吴海滨 王洋 陈德运 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期346-350,共5页

提出一种应用于结构光三维测量系统的高采样密度编解码方法。编码时将红蓝条纹按格雷码方式编排,并在每相邻红蓝条纹之间用绿条纹加以分隔。解码时提取绿条纹中心及其左右边界,使得系统的采样密度提高近一倍。介绍了该编码方法的编解码... 提出一种应用于结构光三维测量系统的高采样密度编解码方法。编码时将红蓝条纹按格雷码方式编排,并在每相邻红蓝条纹之间用绿条纹加以分隔。解码时提取绿条纹中心及其左右边界,使得系统的采样密度提高近一倍。介绍了该编码方法的编解码原理,给出了彩色条纹分割方法、绿条纹中心及边界的亚像素定位方法,仿真实验结果表明测量最大相对误差小于0.07%。 展开更多

关键词 三维测量 结构光 颜色格雷码 亚像素

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基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术 被引量：65

11

作者 张启灿 吴周杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期70-82,共13页

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作... 近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作为一种结构光,可以直接用来调制被测面形高度分布,也可以用来辅助其他结构光的信息获取和计算,最终达到三维成像的目的。文中概述了基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术,回顾了不同种类方法的基本原理以及研究进展,给出了课题组相关方向上的原理及应用研究结果,分析了格雷码二值图案在三维面形测量应用中的优缺点和适用范围,并指出了该领域今后的发展动向。 展开更多

关键词 格雷码 结构光 三维传感 条纹投影 动态三维测量

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运用LCD条纹投影进行光学三维轮廓测量 被引量：5

12

作者 谢捷如 王震 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期301-304,共4页

基于LCD条纹投影技术提出了一种新型实用的三维轮廓测量系统。由于对投影系统至今还没有完整的数学描述,故先从小孔成像理论推导出一种线性隐式模型。提出了一种可靠的格雷码-相移组合编码方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可... 基于LCD条纹投影技术提出了一种新型实用的三维轮廓测量系统。由于对投影系统至今还没有完整的数学描述,故先从小孔成像理论推导出一种线性隐式模型。提出了一种可靠的格雷码-相移组合编码方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误提出了一种码值修正算法,增强了测量系统的稳定性。最后分别对人面部和叶轮模型进行测量试验,结果表明,该系统工作稳定、精度高,单视角测量点数为130万,测量范围为400 mm×360 mm,水平测量点距为0.5 mm。 展开更多

关键词 计量学 三维轮廓测量 结构光 条纹投影 格雷码 相移

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分区域Gamma预编码校正的相位误差补偿 被引量：4

13

作者 林俊义 黄剑清 江开勇 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期32-38,共7页

针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma非线性畸变值分布差异,从而导致相位误差问题,提出了一种自适应分区域Gamma预编码校正方法。首先,介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N步相移法。接着,分析了投影仪和相机... 针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma非线性畸变值分布差异,从而导致相位误差问题,提出了一种自适应分区域Gamma预编码校正方法。首先,介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N步相移法。接着,分析了投影仪和相机的Gamma非线性畸变对光栅正弦性的影响以及预编码校正方法。然后,在获取Gamma值分布规律的基础上,根据Gamma值的变化与相位误差的关系确定分区域阈值大小。最后,根据确定的阈值对测量视场进行区域划分,获取各区域Gamma值,并对标准白板和汽车挡泥板进行了实际测量。实验结果表明:本文方法比相同条件下采用单一Gamma值预编码校正方法在相位误差的补偿精度上提高了约30%,在三维数据的测量精度上提高了约15%。该方法能更好地减小相位误差,提高结构光视觉测量系统的精度。 展开更多

关键词 结构光视觉测量 相移法 分区域Gamma预编码校正 相位误差补偿

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基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法 被引量：3

14

作者 朱清溢 苏显渝 +1 位作者 肖焱山 向立群 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期340-343,共4页

为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法。这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系。特点之二是相邻条纹之... 为了克服光学三维传感中相位恢复困难的问题,提出了一种基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法。这种方法的特点之一是使得垂直于条纹方向特定长度的颜色序列是唯一的,从而建立了空间位置与颜色的对应关系。特点之二是相邻条纹之间具有最大色差,因而具有最大可区分性。将得到的彩色组合条纹投影到物体表面得到变形条纹,通过计算各种颜色条纹相对参考平面上条纹移动的距离,可以恢复出物体的高度。实验证明,该方法需要获取的图像少、计算时间少、精度较高,具有很强的抗干扰能力。 展开更多

关键词 信息光学 三维轮廓术 彩色编码结构光 边界提取 高度映射表

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空间编码高速三维轮廓测量-系统和实验

15

作者 王昭 谭玉山 赵宏 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 1999年第2期99-101,106,共4页

本文给出了空间编码高速三维轮廓测量的实验系统和实验结果，在此系统中利用了一个空间光调制器（ＳＬＭ）作为编码器件。文中简要叙述了ＳＬＭ的工作原理，说明其完成空间编码的机理。还给出了测量系统的标定方法，分析了该系统的测量... 本文给出了空间编码高速三维轮廓测量的实验系统和实验结果，在此系统中利用了一个空间光调制器（ＳＬＭ）作为编码器件。文中简要叙述了ＳＬＭ的工作原理，说明其完成空间编码的机理。还给出了测量系统的标定方法，分析了该系统的测量速度与精度。 展开更多

关键词 空间编码 轮廊测量 结构光 空间光调制器

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曲面重建中的光栅投影式测量方法

16

作者 刘大峰 廖文和 +1 位作者 戴宁 王震 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期94-100,共7页

散乱点云数据的测量是三维物体曲面重建的前提和基础.文中在深入研究三维测量原理的基础上,提出了一种基于格雷码-相移组合编码技术的光栅投影式测量和标定方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误给出了一种码值修正... 散乱点云数据的测量是三维物体曲面重建的前提和基础.文中在深入研究三维测量原理的基础上,提出了一种基于格雷码-相移组合编码技术的光栅投影式测量和标定方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误给出了一种码值修正算法.该测量方法综合了格雷码编码简单、测量范围大、抗干扰性强以及相移法分辨率高、适合测量小范围内表面连续的物体等优点.实验结果表明,应用所提出的三维测量系统测得的点云数据清晰,重建模型效果逼真,具有良好的实用性和稳定性. 展开更多

关键词 曲面重建 散乱点云 三维测量 结构光 格雷码 相移

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对称线性编码测量的三维轮廓术

17

作者 张舜德 方强 卢秉恒 《光电工程》 EI CAS CSCD 1999年第3期37-41,共5页

提出一种新的三维轮廓术——对称线性编码轮廓术（ Ｓ Ｌ Ｃ Ｐ），它利用一对称周期线性结构光编码被测物面，并引入相移技术解码轮廓，因而相位求解简单。详细讨论了 Ｓ Ｌ Ｃ Ｐ的原理，并通过实验验证了其可行性。

关键词 线性编码 结构光 相移 轮廓测量

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多灰度级格雷码结合梯形相移的三维测量方法 被引量：2

18

作者 吴加凤 李锋 王颖 《计算机工程与设计》 北大核心 2019年第1期179-183,共5页

为提高结构光三维测量的测量精度并进一步减少投影图案的数量来提高测量速度,提出四灰度级格雷码与灰度梯形相移相结合的编码方法。通过投射3幅四灰度级格雷码图案,将测量空间划分为64个区域;投射3幅梯形相移图案,将区域进一步细化;结... 为提高结构光三维测量的测量精度并进一步减少投影图案的数量来提高测量速度,提出四灰度级格雷码与灰度梯形相移相结合的编码方法。通过投射3幅四灰度级格雷码图案,将测量空间划分为64个区域;投射3幅梯形相移图案,将区域进一步细化;结合解码得到整个测量空间的绝对强度比,根据射影几何模型获得物体的三维坐标。为验证该方法的可行性,分别采用二灰度级格雷码法和提出方法对深度范围为350mm-500mm的平面进行仿真测量,对石膏头像和人手进行实际测量,其结果表明,该方法具有投射图案少、抗干扰能力强、运算效率高的优点。 展开更多

关键词 三维测量 结构光 多灰度格雷码 梯形相移 强度比

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伪随机序列投影三维测量中的快速子序列匹配 被引量：1

19

作者 陈良锋 李勇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1702-1705,共4页

提出了一种适用于伪随机序列投影三维测量技术的子序列匹配快速算法.首先根据源序列的内容及子串长度构造由多层子表组成的表格;然后根据子序列的内容,从首字符开始从左到右,依次从首层表格开始向下查找;最后得到子序列在源序列中的位置... 提出了一种适用于伪随机序列投影三维测量技术的子序列匹配快速算法.首先根据源序列的内容及子串长度构造由多层子表组成的表格;然后根据子序列的内容,从首字符开始从左到右,依次从首层表格开始向下查找;最后得到子序列在源序列中的位置.即根据首字符在首层表格中查到对应的第二层表格地址,再在第二层表格中根据第二个字符,查找第三层表格地址.以此类推,查出最后一层表格的地址.在最后一层表格中,根据末字符查找到该子序列在源序列中的位置.给出了理论分析并进行了实验验证,结果表明,在目前主流的计算机上,对于典型场景采用查表法的子序列匹配速度较常用算法快60倍以上. 展开更多

关键词 机器视觉 结构光三维测量 时空二值编码 查表法 快速算法

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基于线结构光的电弧增材制造熔积层三维测量 被引量：4

20

作者 李友浩 张海鸥 +5 位作者 张弓 韩彰秀 王卫军 侯至丞 徐征 蔡君义 《工具技术》 2018年第4期123-127,共5页

针对电弧增材制造过程中熔积层形貌信息的实时检测问题,开发了基于线结构光的熔积层形貌三维测量系统。建立了测量系统的数学模型,利用MATLAB标定工具箱并采用锯齿靶标法,得到测量系统的内外参数;将自适应阈值法与灰度重心法相结合,优... 针对电弧增材制造过程中熔积层形貌信息的实时检测问题,开发了基于线结构光的熔积层形貌三维测量系统。建立了测量系统的数学模型,利用MATLAB标定工具箱并采用锯齿靶标法,得到测量系统的内外参数;将自适应阈值法与灰度重心法相结合,优化激光线条纹中心提取算法;通过数控机床的运动实现对熔积层形貌的三维测量。试验结果表明,熔积层形貌三维测量系统高度方向测量误差小于量程的0.4%,配套的三维测量软件能实时将熔积层形貌信息反馈给路径规划软件,为堆铣复合成形提供有效的数据支持。 展开更多

关键词 电弧增材制造 三维测量 线结构光 熔积层形貌

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