本文關(guān)鍵詞：數(shù)字條紋投影三維測(cè)量技術(shù)研究　出處：《深圳大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 條紋投影 三維測(cè)量 相位誤差 相位映射 光場(chǎng)成像

【摘要】：數(shù)字條紋投影三維測(cè)量技術(shù)具備非接觸式、高普適性、高分辨率、高精度、高速等優(yōu)點(diǎn),是光學(xué)三維測(cè)量領(lǐng)域最具代表性的技術(shù)之一,在國(guó)防安全、先進(jìn)制造、醫(yī)療診斷、文化教育、影視娛樂(lè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。本文圍繞數(shù)字條紋投影三維測(cè)量技術(shù)中的非線性響應(yīng)、三維重建效率和高動(dòng)態(tài)范圍三維重建問(wèn)題開(kāi)展相關(guān)研究,探索通用的非線性相位誤差模型及補(bǔ)償方法、靈活高效的基于相位映射的三維重建方法和單組條紋圖像的主動(dòng)光場(chǎng)三維重建方法。在數(shù)字條紋投影三維測(cè)量中,數(shù)字投影儀和相機(jī)之間的非線性響應(yīng)帶來(lái)較大相位誤差,是三維測(cè)量的一個(gè)重要誤差源�，F(xiàn)有的非線性相位誤差模型和補(bǔ)償方法普遍僅適用于特定相移步數(shù)的條紋投影三維測(cè)量,當(dāng)改變相移步數(shù)時(shí),通常需要重新建立相位誤差模型。針對(duì)該問(wèn)題,本文使用冪律響應(yīng)對(duì)非線性相位誤差進(jìn)行推導(dǎo),建立一個(gè)通用的相位誤差模型,該模型可適用任意相移步數(shù)的條紋投影三維測(cè)量,并基于該模型分別提出主動(dòng)和被動(dòng)兩種相位誤差補(bǔ)償方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩種方法能夠有效準(zhǔn)確補(bǔ)償非線性相位誤差。此外,當(dāng)前非線性相位誤差補(bǔ)償方法均需借助額外的相位基準(zhǔn)構(gòu)建、gamma標(biāo)定、響應(yīng)曲線擬合等輔助條件,影響方法的靈活性和穩(wěn)健性。本文借助希爾伯特變換在信號(hào)中引入?2相移的性質(zhì),提出一種基于希爾伯特變換的非線性相位誤差補(bǔ)償方法,該方法無(wú)需借助額外的輔助條件即可自適應(yīng)補(bǔ)償非線性相位誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)在三步相移法中相位誤差減少80%,在四步或以上相移法中減少大于95%。數(shù)字條紋投影三維測(cè)量有兩種三維重建的方法:相位-高度映射和立體視覺(jué)。相位-高度映射能夠?qū)⑾辔桓咝У赜成涞礁叨茸鴺?biāo),但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致應(yīng)用靈活性較低;立體視覺(jué)采用靈活的雙目結(jié)構(gòu),但由于耗時(shí)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)搜索過(guò)程導(dǎo)致三維重建效率較低。本文基于立體視覺(jué)模型進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo),證明了相位不僅可以映射高度坐標(biāo)(Z),還可以映射橫向坐標(biāo)(X,Y),由此提出一種數(shù)字條紋投影相位-三維映射方法,該方法結(jié)合相位-高度映射和立體視覺(jué)的優(yōu)點(diǎn),并提出一種兩步標(biāo)定方法進(jìn)行相位-三維映射系數(shù)標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)靈活高效的三維重建。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的三維重建效率是立體視覺(jué)方法的80倍。數(shù)字條紋投影高動(dòng)態(tài)范圍三維重建方法通常需要在不同的視點(diǎn)或光學(xué)參數(shù)下采集多組條紋圖像,從而重建出高動(dòng)態(tài)范圍物體表面的有效三維數(shù)據(jù),這類方法實(shí)驗(yàn)操作繁瑣且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。本文借助光場(chǎng)成像記錄光線方向的特性,將光場(chǎng)成像技術(shù)引入到數(shù)字條紋投影三維測(cè)量中,提出一種數(shù)字條紋投影主動(dòng)光場(chǎng)三維重建方法,該方法利用不同方向光線的相位-深度映射實(shí)現(xiàn)多方向三維重建,并提出一種靈活的光線標(biāo)定方法確定每條光線的映射系數(shù),由此實(shí)現(xiàn)單組條紋圖像的高動(dòng)態(tài)范圍三維重建。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41

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