本文選題：結(jié)構(gòu)光三維測量 + 測量精度　； 參考：《上海大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)具有非接觸、精度高、速度快、低成本、大工作距離、適用范圍廣以及易于實現(xiàn)等特點,廣泛應(yīng)用于機械制造、工業(yè)檢測、逆向工程、物體識別、虛擬現(xiàn)實和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域。盡管許多研究者對結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)中的單幅圖像三維測量法和多幅圖像三維測量法進行了大量研究,開發(fā)了眾多不同的測量系統(tǒng),但由于測量過程中存在許多復(fù)雜影響因素,如:物體表面顏色、陰影、遮擋、紋理、陡坡、互反射效應(yīng)、離焦效應(yīng)、子表面散射效應(yīng)、光源的不穩(wěn)定性、亮度噪聲和環(huán)境光等,測量精度有待于進一步提高。因此,本文以結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定、單幅圖像三維測量法中的彩色編碼結(jié)構(gòu)光、多幅圖像三維測量法中的聚焦投影相位測量輪廓術(shù)和離焦投影相位測量輪廓術(shù)為研究對象,力圖進一步提高結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定精度和在復(fù)雜因素影響下彩色編碼結(jié)構(gòu)光的解碼精度、聚焦投影相位測量輪廓術(shù)和離焦投影相位測量輪廓術(shù)的解卷繞精度。系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定是結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)中的關(guān)鍵問題之一,其標(biāo)定精度直接影響三維測量的精度。為此,本文提出了一種簡單、高精度的系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定算法。該算法通過投影采用偽隨機編碼原理生成彩色編碼圖案結(jié)合射影變換原理建立攝像機圖像和投影儀圖像之間的對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系,將棋盤格角點在攝像機圖像上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至投影儀圖像上,從而實現(xiàn)攝像機和投影儀的同時標(biāo)定,再利用彩色編碼圖案的橋梁作用對系統(tǒng)的外參數(shù)進行了整體優(yōu)化,進而完成系統(tǒng)標(biāo)定。此算法簡單、有效、適宜于現(xiàn)場標(biāo)定,且標(biāo)定精度可達0.3像素。彩色編碼結(jié)構(gòu)光在拍攝圖像成像過程中受到物體表面顏色、陰影、遮擋、紋理、陡坡和顏色串?dāng)_等復(fù)雜因素的影響,導(dǎo)致解碼精度下降。本文針對彩色高斯條紋和彩色帶狀條紋提出了兩種解碼方法以提高解碼精度,即:硬值解碼方法和軟值解碼方法,具體分為三步:首先采用相應(yīng)的特征檢測方法獲取特征點的具體位置信息;然后利用模糊C均值聚類算法和顏色分辨能力較強的顏色特征識別特征點的顏色;最后利用分步窗口匹配方法確立特征點之間的對應(yīng)關(guān)系。兩種解碼方法的不同之處在于硬值解碼方法是利用特征點的實際碼字進行特征匹配,而軟值解碼方法是利用特征點的模糊碼字進行特征匹配。此外,在采用時空分析法獲得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過實驗證明了采用與傳感器和物體表面反射率相關(guān)度較大,而與照射光的波長、方向和強度、以及物體表面方向等因素相關(guān)度較小的顏色特征進行顏色識別時能獲得很好的顏色識別效果;軟值解碼方法的解碼精度高于硬值解碼方法;硬值解碼方法的解碼速度優(yōu)于軟值解碼方法。聚焦投影相位測量輪廓術(shù)由于測量過程中存在互反射效應(yīng)、離焦效應(yīng)和子表面散射效應(yīng)等因素,導(dǎo)致解卷繞精度下降。為此,本文提出一種與微相移方法相比具有更小卷繞相位誤差的微相位測量輪廓術(shù)以減小復(fù)雜因素的影響,從而提高解卷繞精度。該方法將投影光柵圖像的頻率限制在一個高頻窄帶內(nèi)。此外,利用健壯中國剩余定理與多步相移的卷繞相位標(biāo)準(zhǔn)差,結(jié)合微相移的定義,提出了微相位測量輪廓術(shù)的選頻準(zhǔn)則,然后采用封閉式健壯中國剩余定理算法對微相位測量輪廓術(shù)進行精確地解卷繞。最后通過實驗證明了提出的微相位測量輪廓術(shù)在選擇符合選頻準(zhǔn)則的頻率時不僅能夠有效地減小三維測量過程中由復(fù)雜因素所帶來的影響,且具有精度高、效率高、魯棒性強等特點。與聚焦投影相位測量輪廓術(shù)相似,離焦投影相位測量輪廓術(shù)在測量過程中同樣存在復(fù)雜因素的影響。本文在介紹各種一維離焦投影條紋法和二維離焦投影條紋法后,利用蛇形掃描法改進二維離焦投影條紋法中的Floyd-Steinberg誤差擴散抖動算法以生成更理想的正弦光柵條紋,然后從理論角度分別全面地比較研究一維離焦投影條紋法和二維離焦投影條紋法,仿真證明了在一維投影離焦條紋生成法中最優(yōu)脈寬調(diào)制方法在相移步數(shù)和條紋周期一定,而離焦度不同的情形下,其卷繞相位誤差小于二值方波條紋方法、正弦脈寬調(diào)制方法和三值正弦脈寬調(diào)制方法;在二維投影離焦條紋生成法中,改進的Floyd-Steinberg誤差擴散抖動算法的卷繞相位誤差小于Bayer有序抖動算法、Floyd-Steinberg誤差擴散抖動算法、Stucki誤差擴散抖動算法。然后,提出了一種混合離焦投影相位測量輪廓術(shù)以減小復(fù)雜因素對解卷繞精度的影響。該方法利用最優(yōu)脈寬調(diào)制方法和改進的Floyd-Steinberg誤差擴散抖動算法分別離焦投影生成高頻光柵條紋和低頻光柵條紋,結(jié)合四步相移算法和多頻相位解卷繞法獲得對應(yīng)性。最后通過實驗證明了提出的混合離焦投影相位測量輪廓術(shù)不僅能夠有效地減小由復(fù)雜因素產(chǎn)生的影響,而且解卷繞精度遠遠高于單獨采用基于最優(yōu)脈寬調(diào)制方法的相位測量輪廓術(shù)和基于改進的Floyd-Steinberg誤差擴散抖動算法的相位測量輪廓術(shù)。最后,本文開發(fā)了一套以結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)為核心的三維面形測量系統(tǒng),并以航空發(fā)動機葉片為試驗對象開展了探索性三維測量,測量效果良好。
[Abstract]:This paper presents a simple , high - precision system parameter calibration algorithm , which is characterized by non - contact , high precision , fast speed , low cost , large working distance , wide application range and easy realization . This paper presents two decoding methods to improve the accuracy of decoding . In addition , the method of soft value decoding is better than hard value decoding method . In addition , it is proved that the method of soft value decoding is better than hard value decoding method , and the method of decoding soft value is better than the soft value decoding method .
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
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本文編號：1938353