光學(xué)三維形貌測(cè)量技術(shù)是一種非接觸的三維測(cè)量技術(shù)。它具有高速,高精度和高分辨率等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用與各個(gè)行業(yè)之中,例如工業(yè)檢測(cè)、文物保護(hù)、逆向工程以及最近發(fā)展迅速的3D打印和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等等。目前,相位測(cè)量輪廓術(shù)和傅里葉變換輪廓術(shù)等基于條紋投影的三維形貌測(cè)量方法得到了廣泛的應(yīng)用和研究。采用液晶和數(shù)字微鏡的投影儀是常用的條紋投影設(shè)備。其中數(shù)字微鏡投影速度快,但數(shù)字微鏡價(jià)格較高。而液晶投影儀的價(jià)格相對(duì)較低,但投影速度較慢,不適用于高速測(cè)量。同時(shí)這些投影儀占據(jù)測(cè)量系統(tǒng)大部分的體積,不利于測(cè)量系統(tǒng)緊湊化。采用羅琦光柵和LED光源陣列的光源步進(jìn)法相移條紋投影系統(tǒng)速度快、體積小、價(jià)格低廉,在結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量中有良好的應(yīng)用前景。本論文對(duì)光源步進(jìn)法三維測(cè)量系統(tǒng)原理進(jìn)行了分析。改進(jìn)了測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法,擴(kuò)展了系統(tǒng)的測(cè)量深度范圍。論文主要內(nèi)容有以下幾部分:（1）介紹了光學(xué)三維形貌測(cè)量技術(shù)及其研究現(xiàn)狀;（2）介紹了條紋投影三維測(cè)量技術(shù)及光源步進(jìn)法投影系統(tǒng)的原理;（3）研究了測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。針對(duì)光源步進(jìn)法三維測(cè)量系統(tǒng)特點(diǎn),討論了相位與三維坐標(biāo)的映射方法,提出了采用平面靶標(biāo)的系統(tǒng)標(biāo)定方法。（4）分析了光源步進(jìn)法... 

【文章來源】：浙江師范大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

相機(jī)標(biāo)定板在求取參考平面的三維坐標(biāo)也需利用參考平面上特征點(diǎn)來計(jì)算

3測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定與測(cè)量深度擴(kuò)展22圖3.3參考平面2）內(nèi)外圓邊緣定位在得到同心圓的粗略圓心和半徑后使用亞像素級(jí)邊緣算法求得精細(xì)的同心圓內(nèi)外邊緣位置。這里使用一種基于傅里葉描述子的亞像素級(jí)邊緣算法[46]，使用傅里葉描述子描述圖像邊緣方程。邊緣表達(dá)式如下：Re=ak=Nfakcoskbksink(3.1)上式中Re為角度的半徑函數(shù)。a0是零級(jí)傅里葉系數(shù)，ak和bk為高階傅里葉系數(shù)。Nf為傅里葉系數(shù)的最高項(xiàng)數(shù)。那么精細(xì)同心圓邊緣輪廓可以通過最小化目標(biāo)函數(shù)來估計(jì)：F=rIdArIdA(3.2)上式中r1和r2分別代表Re所表示的輪廓外和輪廓內(nèi)。I和I分別代表輪廓外和輪廓內(nèi)的平均灰度值。表示圖像中圖像坐標(biāo)為(x,y)的像素灰度值。當(dāng)F最小時(shí)，Re所描述的圖像邊緣輪廓為圖像最優(yōu)邊緣位置。Re其中的傅里葉描述子a0...aNf和b1...bNf可以通過牛頓高斯迭代法進(jìn)行非線性優(yōu)化得出。3）內(nèi)外圓圓心擬合在得到同心圓內(nèi)外圓的亞像素邊緣定位后，可以利用最小二乘法擬合橢圓得到外圓和小圓的圓心位置。此時(shí)求出的內(nèi)外圓圓心都與實(shí)際圓心存在偏差，需要

3測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定與測(cè)量深度擴(kuò)展24λai=KrrT=hhh3hhh3h3h3h33(3.4)消去上式中λ，可以轉(zhuǎn)換成如下的矩陣形式：XWYWuXWuYWuXWYWvXWvYWvXWNYWNuNXWNuNYWNuNXWNYWNvNXWNvNYWNvNhhh3hhh3h3h3h33=PH(3.5)P進(jìn)行奇異值分解，得到最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量H，旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矢量T、常數(shù)因子λ由式（2.37）求得。式子可以改寫為：=λHai(3.6)相機(jī)坐標(biāo)系下坐標(biāo)可以由旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矢量T、世界坐標(biāo)得到：=RT(3.7)式(3.6)從圖像坐標(biāo)計(jì)算參考平面的世界坐標(biāo)。通過式(3.7)將參考平面的世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相機(jī)坐標(biāo)。利用上述方法可以計(jì)算相機(jī)坐標(biāo)系中多個(gè)參考平面的三維坐標(biāo)。3.3.2參考平面靶標(biāo)相位擬合參考平面的相位獲取是測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定中重要一步。在獲取參考平面的相位時(shí)，參考平面上靶標(biāo)圖案會(huì)影響相位估計(jì)精度，如圖3.5所示。這些失真的相位會(huì)影響測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定的精度。圖3.5靶標(biāo)圖案相位分布

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]條紋投影三維測(cè)量的若干關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 張佰春.深圳大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3403541