【摘要】：三維圖像相對(duì)于二維圖像而言,可以帶給人們更多的信息與更好的感官體驗(yàn),在各個(gè)領(lǐng)域中也發(fā)揮著不可代替的作用。三維成像在人工智能、安防與監(jiān)控、醫(yī)療生物等領(lǐng)域尤其有著重要的作用,而高精度的3D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是三維圖像應(yīng)用的前提。本文從常見(jiàn)的深度數(shù)據(jù)獲取的方式出發(fā),對(duì)比了幾種主流方式的優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇飛行時(shí)間法并且以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出一種基于飛行時(shí)間法的成像系統(tǒng)。本文中的深度數(shù)據(jù)采集部分用的是TOF(Time of Flight)深度傳感器。首先從原理上對(duì)TOF的四步相移算法進(jìn)行了說(shuō)明,然后對(duì)系統(tǒng)的功能指標(biāo)進(jìn)行了確定,并且完成系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)工作。本論文主要工作包含以下四點(diǎn):1.討論了正方形排列的LED之間的距離以及圓形排列半徑對(duì)特定照面的光照強(qiáng)度的影響。通過(guò)對(duì)LED光照強(qiáng)度的分析,分別對(duì)圓形以及正方形這兩種常見(jiàn)的陣列對(duì)目標(biāo)面的光照強(qiáng)度進(jìn)行推導(dǎo),并利用斯派羅定則對(duì)最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算,得到了兩種陣列的最優(yōu)參數(shù)的擬合函數(shù)并通過(guò)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)合所選擇的LED參數(shù),最后選擇圓形的LED陣列。2.完成了整個(gè)系統(tǒng)的元器件選型以及硬件設(shè)計(jì)方案,并且設(shè)計(jì)了各個(gè)硬件模塊,硬件模塊包括了電源管理模塊、主控制器模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)采集硬件模塊,進(jìn)行了PCB板的設(shè)計(jì),最后通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了硬件板功能的正常性。3.完成了程序的設(shè)計(jì),程序主要包含上位機(jī)程序、下位機(jī)程序以及基于Cortex-M4內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度器。上位機(jī)程序使用MATLAB的GUI進(jìn)行設(shè)計(jì),定義了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信協(xié)議。下位機(jī)軟件則是基于本論文設(shè)計(jì)的任務(wù)調(diào)度器進(jìn)行設(shè)計(jì),定義了任務(wù)之間的通信協(xié)議。4.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定并得到了參數(shù)矩陣,經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了該標(biāo)定參數(shù)的正確性。通過(guò)對(duì)傳感器工作原理與四步相移算法的分析,說(shuō)明根據(jù)傳感器讀取的原始數(shù)據(jù)的大小調(diào)整積分時(shí)間來(lái)提高測(cè)量精度這一方法的可行性,并對(duì)一種逐漸逼近式自動(dòng)曝光算法進(jìn)行了改進(jìn),經(jīng)過(guò)測(cè)試,說(shuō)明改進(jìn)后的算法在大的曝光初始時(shí)間下能夠有效地降低運(yùn)行時(shí)間。最后利用B樣條曲線對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償,提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性以及精度,使系統(tǒng)精度達(dá)到毫米級(jí)別。其數(shù)據(jù)采集幀率達(dá)到20fps以上,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TP212
【圖文】：

國(guó)內(nèi)對(duì)于 TOF 三維成像系統(tǒng)的研究還處校，如合肥工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、湘潭大工藝與電子技術(shù)的限制，國(guó)外的研究機(jī)根大學(xué)電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)工程的 R出一種新型三維成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于的 LED 作為光源以及新型 CCD 圖像傳感機(jī)械掃描，并且所有的并行像素都可以進(jìn)CCD 的 TOF 成像系統(tǒng)，但是 CCD 器件

圖 2.4 單個(gè) LED 光照強(qiáng)度在空間處的光照強(qiáng)度滿足式[42]：θ1cos+=mLEDI I LED 的中心光強(qiáng)，θ 為光照角度。由于 LED 的光間處某一點(diǎn)的光照強(qiáng)度等于這些 LED 單獨(dú)作用于個(gè) LED 的光照強(qiáng)度在空間 P(x,y,z)可以寫做：[( ) ( )] =+ + +=NnmnnledmxxyyzzIE(x,y,z)122222的是 LED 的坐標(biāo)。 陣列，在考慮其對(duì)于目標(biāo)面的光照強(qiáng)度時(shí)，往往較高的光照強(qiáng)度。以正方形 LED 陣列為例，如

的光照強(qiáng)度滿足式[42]：θ1cos+=mLEDI I中心光強(qiáng)，θ 為光照角度。由于 點(diǎn)的光照強(qiáng)度等于這些 LED 單獨(dú)光照強(qiáng)度在空間 P(x,y,z)可以寫做[( ) ( )] =+ + +=NnmnnledmxxyyzzI)122222ED 的坐標(biāo)。考慮其對(duì)于目標(biāo)面的光照強(qiáng)度時(shí)光照強(qiáng)度。以正方形 LED 陣列為D 個(gè)數(shù)來(lái)獲得大的光照強(qiáng)度這一情

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797485