基于相移的光柵投影三維測(cè)量具有高精度、非接觸等優(yōu)點(diǎn),但僅適用于靜態(tài)測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)快速、高精度的三維測(cè)量,散焦相移光柵投影測(cè)量技術(shù)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn),甚至已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于一些快速、動(dòng)態(tài)測(cè)量中。然而,該方法仍不可避免地受到物體運(yùn)動(dòng)的影響,使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差,為了對(duì)這種誤差進(jìn)行修正補(bǔ)償,本文深入分析研究了不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響,并提出了相應(yīng)的解決辦法,主要?jiǎng)?chuàng)新和工作如下:（1）本文提出了一種基于勻速運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜S測(cè)量。該補(bǔ)償方法同時(shí)考慮了被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)對(duì)攝像機(jī)像平面上以及投影儀相位平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的影響,借助Lucas-Kanade金字塔光流法對(duì)攝像機(jī)像平面上的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行測(cè)算,再根據(jù)該運(yùn)動(dòng)信息采用五步相移法求解出了投影儀相位平面上的相位誤差。同時(shí)還提出了一種可以同時(shí)降低相移法周期性和離群點(diǎn)影響的濾波器,進(jìn)一步提升了相位誤差的測(cè)算精度和補(bǔ)償效果。此外,針對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)相位展開(kāi)過(guò)程的影響,本文根據(jù)求解出的相位誤差提出了一種對(duì)相位展開(kāi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)誤差校正的方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)灰階碼編碼過(guò)程的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。仿真和實(shí)驗(yàn)表明該方法可以明顯降低運(yùn)動(dòng)對(duì)相移法測(cè)量的影響,減少重建結(jié)果的運(yùn)動(dòng)波紋。（2）針對(duì)實(shí)際測(cè)量中變速運(yùn)動(dòng)... 

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數(shù)字光柵投影三維測(cè)量系統(tǒng)示意圖

第二章散焦數(shù)字光柵投影三維測(cè)量原理11過(guò)向被測(cè)物體投影多幅預(yù)先設(shè)計(jì)好的具有編碼功能的光柵圖案，對(duì)圖像進(jìn)行編碼，并在后續(xù)解算相位信息時(shí)進(jìn)行解碼，求取每個(gè)像素點(diǎn)所在光柵條紋的階次，根據(jù)主值相位和階次信息可以獲得每個(gè)點(diǎn)的絕對(duì)相位信息。通過(guò)灰階碼法來(lái)進(jìn)行相位展開(kāi)的過(guò)程是逐像素進(jìn)行的，因此對(duì)陰影區(qū)域和噪聲的影響不敏感。同時(shí)該方法圖案簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)潔，效率較高。圖2-2灰階碼法求條紋階次示意圖圖2-2以3幅光柵、8個(gè)碼字為例，展示了灰階碼法與相移光柵階次的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中(a)-(c)為三幅灰階碼圖案，(d)為灰階碼對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼字轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制以后的數(shù)字，(e)為求出的碼字對(duì)應(yīng)的條紋周期數(shù)，即光柵階次。在投影過(guò)程結(jié)束以后，將采集到的覆蓋有灰階碼圖案的被測(cè)對(duì)象圖像二值化，得到二值圖像，并根據(jù)其求解出對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)(x,y)上的階次信息。首先根據(jù)同一點(diǎn)處的所有灰階碼圖案確定碼字。二值化以后，灰階碼圖像中只有表示0和1的兩種灰度值，可以得到“黑”對(duì)應(yīng)“0”，“白”對(duì)應(yīng)“1”。根據(jù)上圖中的灰階碼圖案，由于其為按時(shí)序投影，所以以第三幅灰階碼圖案的周期為基準(zhǔn)，可以得到每個(gè)點(diǎn)處的二進(jìn)制碼字應(yīng)該有三位，將三幅灰階碼圖案在同一個(gè)周期內(nèi)所對(duì)應(yīng)的碼字從左到右分別填入對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)值位，可以分別得到0000，0001，0011，0010，0110，0111，0101，0100，這八個(gè)二進(jìn)制數(shù)字。將這些二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即有0，1，3，2，6，7，5，4。根據(jù)這些十進(jìn)制數(shù)字，可以轉(zhuǎn)換得到該點(diǎn)處的條紋階次k(x,y)，對(duì)應(yīng)的階次分別為0，1，2，3，4，5，6，7。最后，通過(guò)式(x,y)(x,y)2k(x,y)將主值相位展開(kāi)，可以求得絕對(duì)相位分布。經(jīng)過(guò)相位展開(kāi)以后，可以得到被測(cè)對(duì)象上所有被測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)相位分布，將被用于后續(xù)的三維點(diǎn)云重建。2.4投影儀標(biāo)定

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文14圖3-1被測(cè)對(duì)象平行于基線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的測(cè)量示意圖圖3-2被測(cè)對(duì)象垂直于基線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的測(cè)量示意圖圖3-1展示了被測(cè)對(duì)象平行于基線方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響,圖3-2展示了被測(cè)對(duì)象垂直于基線方向的運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響。圖中d表示被測(cè)對(duì)象的像在相位平面上發(fā)生的移動(dòng)，v表示被測(cè)對(duì)象的像在攝像機(jī)像平面上發(fā)生的移動(dòng)，X表示被測(cè)對(duì)象上的一個(gè)已知點(diǎn)，S表示被測(cè)對(duì)象在現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)，P和Q分別表示DLP投影儀和攝像機(jī)的光心，基線是一條穿過(guò)P和Q的直線。轉(zhuǎn)換到三維坐標(biāo)系中以后，可以通過(guò)將圖3-1和圖3-2中的兩種運(yùn)動(dòng)組合成一個(gè)合向量來(lái)表示任意方向的運(yùn)動(dòng)。對(duì)圖3-1、圖3-2所示的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)速度足夠快時(shí)，該運(yùn)動(dòng)可以被認(rèn)為在每一幀之間是勻速的，即在光柵投影的每步之間都保持相同的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，根據(jù)Weise等人的研究[54]，在這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，被測(cè)對(duì)象上每一個(gè)微小的區(qū)域都可以被視為是獨(dú)立的平面，據(jù)此可以得到：


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