【摘要】：條紋投射輪廓術(shù)具有全場(chǎng)信息獲取、非接觸、快速高效、成本低廉、對(duì)工作環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn),是光學(xué)三維測(cè)量領(lǐng)域最具代表性的實(shí)用技術(shù)之一,在工業(yè)及民用等領(lǐng)域的許多方面都有著非常廣闊的應(yīng)用前景。另一方面,條紋投射現(xiàn)有技術(shù)尚存在很多問(wèn)題,制約著其測(cè)量精度及測(cè)量效率的進(jìn)一步提高。例如,系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜,且標(biāo)定精度不易保證;器件特性存在局限性,其影響難以消除;條紋圖像分析方法的精度、效率或計(jì)算復(fù)雜性有待改進(jìn)等等。本文以極線幾何為工具研究條紋投射輪廓術(shù)的原理與方法,并改進(jìn)條紋圖像處理方法,為解決上述問(wèn)題提供了一些新的富有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。本文研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:1.條紋投射測(cè)量系統(tǒng)的極線幾何分析及其幾何物理模型的建立本文利用極線約束理論對(duì)條紋投射測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析,推導(dǎo)投影機(jī)與攝像機(jī)極線方程,以此為基礎(chǔ),建立測(cè)量的幾何物理模型,確定條紋圖像特征與被測(cè)物體幾何特征之間的映射關(guān)系,分析系統(tǒng)極點(diǎn)位置對(duì)測(cè)量系統(tǒng)性能及測(cè)量結(jié)果的影響,提供條紋投射測(cè)量系統(tǒng)極點(diǎn)標(biāo)定方法,為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。2.基于交比不變性的深度重建方法研究在條紋投射輪廓術(shù)中,投影機(jī)的參數(shù)很難精確標(biāo)定,以致投影機(jī)誤差往往成為影響最終測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。本文以前述的條紋投射測(cè)量系統(tǒng)的極線幾何分析為基礎(chǔ),采用透視變換理論建立入射光線上的深度與攝像機(jī)像素位移之間的映射關(guān)系,根據(jù)交比不變性原理,提出新的物面深度重建方法。該方法可以使測(cè)量結(jié)果免受投影機(jī)誤差,包括幾何參數(shù)估計(jì)誤差、鏡頭畸變誤差、非線性失真等的影響,從而為三維測(cè)量精度的提高提供了新思路。3.全場(chǎng)位相靈敏度分析及其優(yōu)化方法研究在條紋投射輪廓術(shù)中,位相靈敏度是影響測(cè)量精度的重要因素之一。本文從系統(tǒng)的極線幾何分析入手,分析了影響位相靈敏度的各因素,闡明了系統(tǒng)極點(diǎn)位置對(duì)位相靈敏度的影響,進(jìn)一步確定了位相靈敏度對(duì)投射條紋方向的依賴關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出全場(chǎng)位相靈敏度極大化的最優(yōu)圓弧條紋與全場(chǎng)位相靈敏度較高的近優(yōu)直線條紋方案。這些優(yōu)化方案能有效提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和分辨率。4.基于灰度梯度的載波條紋頻率分析技術(shù)及位相重建方法研究變形條紋圖像中包含了被測(cè)物面的三維形貌信息,因此變形條紋圖像的處理與分析是條紋投射形貌術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,其目標(biāo)在于提取條紋位相、相移量等特征信息。作為一種單幅條紋圖像分析方法,空間載波條紋分析技術(shù)適用于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量等目的。為此,本文提出了一種新的空間載波條紋分析方法。首先通過(guò)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)條紋圖灰度梯度的方差,從中估計(jì)出該像素的位相梯度,即空間頻率。再以空間頻率估計(jì)方法為基礎(chǔ),提出了多種條紋位相恢復(fù)方法,如基于二維離散余弦變換的位相梯度數(shù)值積分方法和自適應(yīng)最小二乘二維空間載波相移算法等。所提出的方法適用于載波干涉圖像及條紋投射圖像的位相分析目的。實(shí)驗(yàn)證明了這些技術(shù)可以提高單幅條紋圖像的位相分析精度,且有助于減低條紋分析的計(jì)算復(fù)雜性。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TH74
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 引言人們通過(guò)自身的觸覺(jué)或視覺(jué)來(lái)感知和認(rèn)識(shí)三維客觀世界中的事物或場(chǎng)景，如何把這種感知準(zhǔn)確量化則是一門科學(xué)，即三維測(cè)量。如圖 1.1 所示，三維測(cè)量方法可分為接觸式（Contactmeasurement）與非接觸式(Non-contactmeasuremen兩大類。

上海大學(xué)博士學(xué)位論文：基于極線幾何的條紋投射輪廓術(shù)研究field）、高效率、高精度及測(cè)量結(jié)果便于處理、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[2-3]、質(zhì)量控制[4-5]、逆向工程（ReverseEngineering，RE）[6]、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[7-9]、國(guó)防安全[10-12]、考古及文化遺產(chǎn)保護(hù)[13]等多個(gè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。隨著現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)已成為人們的研究熱點(diǎn)之一[14-18]。1.2 光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)概述1.2.1 光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)分類隨著應(yīng)用的多樣化，光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)也日益多樣化，因此其分類方法也多種多樣[19]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2729712