基於人類視覺啟發的變尺度三維測量技術研究

《基於人類視覺啟發的變尺度三維測量技術研究》是依託南京航空航天大學，由崔海華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於人類視覺啟發的變尺度三維測量技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：崔海華
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

光學三維面形測量方法具有非接觸、速度快、精度高、易於在計算機控制下實現自動化測量等優點，已得到大量深入研究並被廣泛套用，但目前的方法大多僅能實現固定解析度和固定深度的同尺度場景三維測量，適用性受到了限制。本項目受人類視覺變尺度三維成像機理的啟發，提出一種變尺度三維測量方法。研究內容主要包括：分析人類視覺變尺度三維成像和聚焦機制，建立基於雙目立體視覺測量方法的變尺度三維測量模型；研究基於高斯核的人類視網膜和視覺皮層感受區的尺度空間建模機理，構造尺度空間恆定的三維靶標，實現變尺度場景動態三維測量和數據關聯；研究變尺度三維視覺測量系統動態標定與最佳化算法，提高測量精度；基於特徵識別思想和疊代最佳化收斂算法建立不同尺度測量數據的分區模型，實現變尺度場景三維數據融合。本項目研究成果為大視場、大深度場景的快速、精確、高解析度和高柔性測量提供一種有效途徑，對視覺測量技術的發展具有重要的現實意義和科學價值。

結題摘要

為精確獲得大場景下局部尺度高精度三維測量，借鑑人類視覺變尺度聚焦的生物機制，對變尺度視覺三維測量技術深入開展了研究，實現了單一系統下的多尺度場景數據的同時測量。基於人眼變尺度場景聚焦與三維成像機理，搭建基於變焦的雙目立體測量系統模型；分析了相機變焦過程中的參數變化特性，提出分參數快速變尺度系統標定算法，實現系統參數主點、主距、內外參數的精確標定；設計了基於雙目變焦相機結構的彩色編碼方法，具有計算效率高，不受環境光影響及不受連續條紋色彩的約束等優點；研究了變尺度場景三維數據關聯方法，設計了尺度恆定空間三維特徵點識別和重建算法，實現變尺度間三維數據的關聯；提出一種標誌點空間能量概念，實現不同尺度下三維測量數據的高速、高穩定匹配和拼接；提出一種基於快速點特徵直方圖的雙鄰域點雲穩定配準算法，適用於高噪聲及局部特徵不明顯的情況，能有效配準任意位置和對象的點雲，擺脫了傳統點雲拼接需要依賴二維圖像匹配的方法。相關成果發表論文14篇，出版著作2部，申請國家發明專利4項，申請軟體著作權3項，培養研究生10名。研究成果不僅為大範圍、高解析測量和數據表征理論的發展探索了一條新的思路，而且為仿生超性能曲面的開發與套用提供了支撐，具有重要的科學和實用意義。