基于DMD时空调制特性的高反光表面动态三维面形测量方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805153
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0511.机械测试理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In three-dimensional scanning measurement based on structural light technology, high-reflective surface produces specular reflected light, which easily leads to partial oversaturation for the image brightness of digital camera, resulting in measurement blind-spot. Meanwhile, limited by the acquisition speed of digital camera, its dynamic three-dimensional shape measurement is also difficult to realize. For the problems of visual imaging and dynamic three-dimensional surface shape measurement of high-reflective surfaces, the elimination method of local specular high-light based on adaptive high dynamic range imaging is studied, and the mapping relationship between the optical scattering characteristics of high-reflective surface and the spatial modulation characteristics of digital micromirror device (DMD) will be explored to effectively extract the surface features of high-light region. By revealing the coupling mechanism between the temporal modulation characteristics of DMD and the pixels grayscale of image detector, the dynamic three-dimensional surface shape measurement method based on pixel temporal multiplexing and multi-frequency heterodyne phase shift is proposed. On this basis, a novel three-dimensional scanning measurement system based on computational imaging is constructed to realize the dynamic three-dimensional surface shape measurement of the high-reflective surface. This research can overcome the limitation of imaging dynamic range and temporal resolution of common industrial digital cameras, and presents a new idea of dynamic 3d surface shape measurement of high-reflective surface based on the spatio-temporal modulation characteristics of DMD, which will lay a foundation for industrial applications.
在结构光三维扫描测量中,高反光表面产生的局部镜面反射光容易使数字相机采集的图像亮度出现局部过饱和,造成测量盲点;受数字相机图像采集速度的限制,其动态三维面形测量难以实现。针对高反光表面的视觉成像与动态三维面形测量问题,本项目研究基于自适应高动态范围成像的局部镜面高光消除方法,探索高反光表面的光学散射特性与数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)空间调制特性之间的映射规律,以有效提取局部高光区域的面形特征;揭示DMD时间调制特性与图像探测器像素灰度值之间的耦合机理,提出基于像素时域多路复用与多频外差相移的动态三维面形测量方法;在此基础上,构建基于计算成像的三维扫描测量系统,实现对高反光表面的动态三维面形测量。本研究突破了普通工业数字相机的成像动态范围和时间分辨率的限制,提出了基于DMD时空调制特性的高反光表面动态三维面形测量的新思路,为工业应用奠定基础。

结项摘要

在现代高端装备制造领域,高反光表面的视觉成像与三维测量已成为几何量精密测量领域亟待解决的关键共性难题之一。本项目深入研究基于数字微镜器件时空调制特性的高反光表面三维面形测量方法,达到了预期研究目标。一方面,研究基于高动态范围成像的局部镜面高光消除与三维面形测量方法,通过光强编码控制算法可自适应衰减高反光表面的局部高光区域的光强,扩大测量系统的成像动态范围,从根源上消除高反光表面存在的局部镜面高光对视觉成像与测量的影响。另一方面,深入研究基于数字条纹投影与多频外差相移的高反光表面三维测量方法,该方法既无需附加或改进任何硬件设备,也无需大量采集和投射不同曝光时间和曝光量的条纹图案,能有效并自适应地求解最佳投影强度,并研制面向高反光零部件的光学三维精密测量样机与系统,先后实现了对不同类型的高反光表面的三维测量。此外,开展新型的基于结构光场调制的高反光表面三维重建方法研究,借助光场成像具有多视角成像的特性,提出基于相位相似性的光场三维重建方法,并研究基于多频外差与自适应点云修复的结构光场三维重建方法,初步实现高反光表面视觉成像与三维重建。本项目始终聚焦于高反光表面的视觉成像与三维测量方面的研究,突破了传统数字成像的局限,为制造领域提供了新的检测手段,并有望在高端装备制造领域得到应用。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Specular highlight removal based on an iterative light field method
基于迭代光场法的镜面高光去除
  • DOI:
    10.1364/ao.421433
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Feng Wei;Li Xiuhua;Sun Xingyu;Gao Junhui;Qu Tong;Wang Shoutong;Zhao Daxing
  • 通讯作者:
    Zhao Daxing
基于卷积神经网络的计算鬼成像方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯维;赵晓冬;吴贵铭;叶忠辉;赵大兴
  • 通讯作者:
    赵大兴
High-speed computational ghost imaging based on an auto-encoder network under low sampling rate
低采样率下基于自编码网络的高速计算重影成像
  • DOI:
    10.1364/ao.422641
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Feng Wei;Sun Xingyu;Li Xiuhua;Gao Junhui;Zhao Xiaodong;Zhao Daxing
  • 通讯作者:
    Zhao Daxing
Adaptive fringe projection for 3D shape measurement with large reflectivity variations by using image fusion and predicted search
使用图像融合和预测搜索进行自适应条纹投影,用于具有大反射率变化的 3D 形状测量
  • DOI:
    10.1155/2020/4876876
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Optics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Feng Wei;Tang Shaojing;Zhao Xiaodong;Sun Guodong;Zhao Daxing
  • 通讯作者:
    Zhao Daxing
Three-Dimensional Reconstruction of Light Field Based on Phase Similarity.
基于相位相似性的光场三维重建
  • DOI:
    10.3390/s21227734
  • 发表时间:
    2021-11-20
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Feng W;Gao J;Qu T;Zhou S;Zhao D
  • 通讯作者:
    Zhao D

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其他文献

基于数字微镜器件的高光面物体三维测量方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢威;张福民;冯维;曲兴华
  • 通讯作者:
    曲兴华
可重用的机器视觉检测算法库设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    湖北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王璜;李九灵;代新;冯维
  • 通讯作者:
    冯维
双投影结构光三维测量中重叠相移光栅的分离方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白景湘;曲兴华;冯维;张福民
  • 通讯作者:
    张福民
成像前光学调制系统的设计与应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光电子·激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曲兴华;冯维;陈喆;郑世伟
  • 通讯作者:
    郑世伟
无线多跳网络快速跨层资源优化分配算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电子与信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯维;徐永鑫;刘浩;许晓荣;姚英彪
  • 通讯作者:
    姚英彪

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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