【摘要】：結構光三維測量技術是一種主動視覺測量技術,通過投影設計好的圖案,再由攝像機采集變形的圖案,可以計算得到被測物外表面的空間坐標值,因此可以對立體幾何物表面進行測量和表征。由于其具有非接觸、無損傷、精度高、速度快等優(yōu)點,廣泛應用于工業(yè)測量、藝術設計、虛擬.現(xiàn)實等多個領域。在現(xiàn)階段產(chǎn)品的開發(fā)中,國內(nèi)的結構光三維測量設備在性能上還有待提高,仍需進行深入研究。本文以提高結構光三維測量系統(tǒng)的性能為目標,在系統(tǒng)搭建、相位求解、系統(tǒng)標定、相位誤差矯正的方向進行了研究,實現(xiàn)了結構光三維測量系統(tǒng)在測量精度和速度上的提高。結構光三維測量系統(tǒng)主要由攝像機和投影儀組成,本文研究了相移法結構光三維測量系統(tǒng)的數(shù)學建模和硬件設計,包括:根據(jù)測量的范圍和精度的要求對投影儀、攝像機以及鏡頭等設備進行選型、實現(xiàn)了對DLP光學投射器的成像控制、DLP光學投射器和工業(yè)相機同步拍攝的觸發(fā)控制。在軟件方面設計了整個實驗的測量流程,在圖像處理及計算時使用MATLAB進行數(shù)據(jù)的處理,最終形成三維測量和重構系統(tǒng),實現(xiàn)了三維重建系統(tǒng)的完整工作流程。結構光三維測量系統(tǒng)采用的編碼方式?jīng)Q定了測量系統(tǒng)所能達到的對應點的測量精度。本文研究了相移法結構光測量的編碼和解包裹算法,包括最常用的兩種編碼方法——格雷碼結合相移法與多頻外差法,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在應用最廣泛的多頻外差法存在容易受到噪聲干擾的問題,會影響到測量的精度。針對這一問題,提出了一種基于多頻外差的絕對相位反向求解的方法,該方法從最終外差相位反向求解第一組頻率光柵的絕對相位,實驗證明該方法可以有效減小測量過程中的噪聲干擾。結構光三維測量系統(tǒng)標定是測量的基礎,對整個系統(tǒng)測量的速度和精度都有很大的影響。本文研究了系統(tǒng)相位標定和攝像機標定的原理和方法,針對傳統(tǒng)角點提取方法計算量大、提取速度較慢的缺點,提出了一種基于圓環(huán)陣列的系統(tǒng)快速標定方法,測量結果表明在保證精度的同時,其速度相比于角點提取方法提高了 93.1%。Gamma非線性誤差是指投影儀投射的光柵不滿足正弦分布,從而導致計算得到的物體相位與其理想相位之間產(chǎn)生周期性的波動誤差。針對這一問題,提出了一種基于多項式擬合的gamma畸變主動矯正方法,從而達到提高測量精度的目的。其優(yōu)點為:相對于gamma值預編碼方法和被動誤差補償方法不局限于特定模型。通過實驗對比分析計算得到的被測物體的相位分布,結果表明矯正后的平均相位誤差減少了 78.07%,證實了本文設計的gamma畸變矯正算法的有效性。
【圖文】：

然后匹配兩幅圖像中的相同特征點，得到物體在不同攝像機圖像中的視差，進據(jù)兩個攝像機的空間位置關系可得到特征點的三維坐標值。被動光學測量技術所需備簡單，測量靈活快速，然而其不足之處在于圖像中的特征點提取與匹配的運算量別的準確性較低，特別是對于一些顏色變化不大、形狀起伏較為平緩的物體而言，行有效的測量，故立體視覺測量可應用于對精度要求不是很高的生活場景。逡逑

后的部分脈沖信號，利用物體表面的不同高度導致接受脈沖信號的時間差，就可以計算出逡逑物體表面到激光器的距離。使用該裝置對整個物體進行掃描后，可得到被測物的空間三維逡逑數(shù)據(jù)（如圖１．２）。該方法原理簡單，適用的測量場景廣范，并且各種物體都可以測量，但逡逑對硬件系統(tǒng)的要求高，因為光脈沖的速度很快，因此測量精度受到硬件調(diào)節(jié)的制約。逡逑ＩＲＬＥＯ邐？逡逑曾＾邋？逡逑，，二３邋曑邋ｍｎｊｕｍｎｊｍｎｊｗｉｍｍｒＬｒｉｙＪＩ逡逑感測邋？逡逑圖１．２飛行時間法逡逑１．２．３激光三角測量法逡逑激光三角測量法一般使用一條線激光從物體表面掃過，并利用與其成一定角度的相機逡逑記錄下這一些列圖像。線激光受到物體表面的高度調(diào)制呈現(xiàn)不同的形狀（如圖１．３），根據(jù)逡逑光學三角測量原理，根據(jù)線激光的變形即可求得物體表面的高度。激光掃描三維測量的算逡逑法快速穩(wěn)定，是工業(yè)測量中使用很廣泛的測量方式。但由于激光光線亮度高，穿透性強的逡逑特點，測量時易受被測物材料及表面特性影響，導致對一些物體測量效果不如意，比如易逡逑反光的光滑金屬表面、反射不明顯的深色物體、透明或半透明的物體。另一方面
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;O439

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10 賈建長;李h

本文編號：2641835