本文關(guān)鍵詞：光柵投影輪廓術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 光柵投影輪廓術(shù) 相位展開 鏡頭畸變校正 標(biāo)定 帶通濾波器

【摘要】：光柵投影輪廓術(shù)是將光柵投影到物體表面,通過計算投影到物體上變形光柵像的相位,來進(jìn)行物體表面三維輪廓數(shù)據(jù)的測量。它具有非接觸、高速度、高精度、大數(shù)據(jù)量等優(yōu)點,近年來已成為三維測量領(lǐng)域的重要研究課題,在工業(yè)制造、醫(yī)療器械、機器人、文化遺產(chǎn)保護(hù)、影視娛樂等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。雖然光柵投影輪廓術(shù)在各種應(yīng)用中取得了重要進(jìn)展,但在相位展開、系統(tǒng)標(biāo)定與優(yōu)化設(shè)計及三維實時測量等方面還存在一些問題亟待研究解決。本文對光柵投影輪廓術(shù)中的相位展開、系統(tǒng)標(biāo)定、鏡頭畸變校正、傅里葉變換輪廓術(shù)頻域濾波的自動化處理等關(guān)鍵技術(shù)做了深入研究。本文的主要創(chuàng)新工作如下：(1)在相位展開方面,本文提出了改進(jìn)的掩模切斷二維相位展開方法。該方法采用網(wǎng)絡(luò)流思想來建立掩模切斷生成策略,以便生成細(xì)的掩模切斷來平衡相位分布中的殘差點；在殘差點查找過程中,記錄每個像素的前輩索引信息,并利用前輩索引信息跟蹤從當(dāng)前殘差點到其前面最近一個前輩殘差點的路徑,將這個路徑作為從當(dāng)前殘差點到其父殘差點的最佳路徑；最后,用最佳路徑上的所有像素點組成最終的掩模切斷。本文提出的掩模切斷生成方法既保留了經(jīng)典掩模切斷方法的穩(wěn)健性,又可有效阻止無用像素進(jìn)入掩模切斷,從而提高了相位展開的準(zhǔn)確性,使相位展開結(jié)果更平滑,隔離區(qū)域更少。實驗結(jié)果表明,與經(jīng)典的掩模切斷方法相比,本文掩模切斷方法所生成的掩模切斷更細(xì)、更準(zhǔn)確。(2)在系統(tǒng)標(biāo)定方面,本文提出了對散射投影的任意光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都適用的相位-高度關(guān)系。根據(jù)攝影測量理論,對參考平面和被測物體表面,推導(dǎo)出了統(tǒng)一的高度與絕對相位關(guān)系；然后用被測物體的相位分布減去參考平面的相位分布,推導(dǎo)出測量系統(tǒng)的相位-高度關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上,提出了相位-高度關(guān)系式中參數(shù)的標(biāo)定方法。該相位-高度關(guān)系式在相機鏡頭和投影儀鏡頭都存在畸變的情況下,也能準(zhǔn)確地將相位值轉(zhuǎn)換為高度值。與現(xiàn)有方法相比,本文方法既能適應(yīng)任意光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),也能有效地減少鏡頭畸變的影響。仿真結(jié)果表明,本文方法在測量精度方面有明顯改進(jìn)。(3)在相機鏡頭畸變校正方面,本文提出了一種相機鏡頭畸變模型的校正方法。該方法利用平面標(biāo)定模板的一幅圖像,在徑向畸變、偏心畸變和薄棱鏡畸變均存在的情況下,通過選定徑向畸變和偏心畸變參數(shù),進(jìn)行迭代求解,估計理想的平面單應(yīng)性矩陣；然后,利用這個近似的理想平面單應(yīng)性矩陣,計算出畸變點所對應(yīng)的理想點；接著,利用這組畸變點和對應(yīng)的理想點,穩(wěn)健地計算畸變模型,并對相機鏡頭畸變進(jìn)行校正。實驗結(jié)果表明,所提出的鏡頭畸變校正方法操作簡便,畸變矯正精度高。(4)對于光柵投影輪廓術(shù)中的傅立葉變換輪廓術(shù),本文針對系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)的變化,提出了一種傅立葉變換輪廓術(shù)中帶通濾波器參數(shù)的自動選取方法。該方法直接對一幅變形條紋圖進(jìn)行處理,利用數(shù)值微分和圖像直方圖技術(shù)分析變形條紋圖像的傅立葉頻譜,有效獲取基頻中心位置和擴展范圍,實現(xiàn)帶通濾波器參數(shù)的自動選取,便于頻域濾波的自動處理,以適應(yīng)三維表面測量的系統(tǒng)配置和測試環(huán)境。該方法能自動適應(yīng)傅立葉變換輪廓術(shù)系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)的變化,使傅立葉變換輪廓術(shù)發(fā)揮其動態(tài)測量的優(yōu)勢,實現(xiàn)現(xiàn)場不問斷實時在線測量,在工程應(yīng)用中有較大實用價值。
【關(guān)鍵詞】：光柵投影輪廓術(shù) 相位展開 鏡頭畸變校正 標(biāo)定 帶通濾波器
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-21
• 主要符號表21-23
• 1 緒論23-43
• 1.1 研究背景及意義23-26
• 1.1.1 應(yīng)用領(lǐng)域23-24
• 1.1.2 光學(xué)三維輪廓測量技術(shù)概述24-26
• 1.2 光柵投影三維輪廓測量技術(shù)的基本原理26-29
• 1.2.1 光柵投影三維測量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)26-27
• 1.2.2 高度與相位的關(guān)系27-28
• 1.2.3 條紋圖分析方法28-29
• 1.3 光柵投影輪廓術(shù)國內(nèi)外研究動態(tài)29-41
• 1.3.1 莫爾輪廓術(shù)29-30
• 1.3.2 相位測量輪廓術(shù)(PMP)30-31
• 1.3.3 傅立葉變換輪廓術(shù)(FTP)31-32
• 1.3.4 空間相位檢測輪廓術(shù)(SPD)32
• 1.3.5 光柵投影輪廓術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀32-41
• 1.4 論文的研究內(nèi)容41-43
• 2 基于掩模切斷優(yōu)化的二維相位展開方法研究43-65
• 2.1 引言43-44
• 2.2 二維相位展開的掩膜切斷優(yōu)化方法44-52
• 2.2.1 二維相位展開的基本原理44-46
• 2.2.2 相位數(shù)據(jù)的質(zhì)量圖46-47
• 2.2.3 Ghiglia和Pritt掩模切斷方法簡介47
• 2.2.4 具有掩模優(yōu)化的掩模切斷新方法47-52
• 2.3 實驗及結(jié)果討論52-63
• 2.3.1 IFSAR數(shù)據(jù)及兩種方法的相位展開結(jié)果52-58
• 2.3.2 Sardegna ERS-1例子數(shù)據(jù)及兩種方法的相位展開結(jié)果58-63
• 2.3.3 實驗結(jié)果討論63
• 2.4 本章小結(jié)63-65
• 3 光柵投影輪廓術(shù)中任意光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下的相位與高度關(guān)系65-96
• 3.1 引言65-66
• 3.2 一種新的相位差-高度關(guān)系66-70
• 3.3 光柵投影輪廓測量系統(tǒng)相位-高度關(guān)系的標(biāo)定70-71
• 3.4 計算機仿真和結(jié)果討論71-95
• 3.4.1 相機和投影儀都不存在鏡頭畸變72-75
• 3.4.2 相機鏡頭存在畸變75-78
• 3.4.3 投影儀鏡頭存在畸變78-81
• 3.4.4 相機鏡頭和投影儀鏡頭都存在畸變81-84
• 3.4.5 鏡頭存在多種畸變類型的情況84-88
• 3.4.6 進(jìn)一步討論88-95
• 3.5 本章小結(jié)95-96
• 4 基于平面單應(yīng)性矩陣的相機鏡頭畸變校正方法96-123
• 4.1 引言96-97
• 4.2 相機鏡頭畸變模型97-100
• 4.2.1 具有畸變的相機模型97-98
• 4.2.2 鏡頭畸變模型98
• 4.2.3 鏡頭畸變模型分析98-100
• 4.3 用于畸變參數(shù)估計的代價函數(shù)100
• 4.4 基于平面單應(yīng)性矩陣的畸變校正方法100-107
• 4.4.1 基于線性迭代的畸變參數(shù)粗估計101-104
• 4.4.2 畸變參數(shù)的精估計104-105
• 4.4.3 相機鏡頭畸變校正方法的完整過程105-107
• 4.5 實驗及結(jié)果討論107-122
• 4.5.1 仿真數(shù)據(jù)107-109
• 4.5.2 本章鏡頭畸變校正方法的性能109-119
• 4.5.3 實際數(shù)據(jù)的實驗119-122
• 4.6 本章小結(jié)122-123
• 5 傅立葉變換輪廓術(shù)中帶通濾波器參數(shù)的自動選取方法123-133
• 5.1 引言123
• 5.2 傅立葉變換輪廓術(shù)基本原理123-125
• 5.3 基頻中心位置和擴展范圍的自動選取125-129
• 5.3.1 基頻中心位置的確定125-127
• 5.3.2 基頻擴展范圍的確定127
• 5.3.3 基頻中心位置和擴展范圍的自動選取方法127-129
• 5.4 實驗結(jié)果與討論129-132
• 5.5 本章小結(jié)132-133
• 6 結(jié)論與展望133-136
• 6.1 結(jié)論133-134
• 6.2 創(chuàng)新點摘要134-135
• 6.3 展望135-136
• 參考文獻(xiàn)136-151
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項目及科研成果151-152
• 致謝152-153
• 作者簡介153-154

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本文編號：575981