條紋投射技術(shù)具有非接觸、高效率、高精度、全場(chǎng)信息獲取等優(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)及民用領(lǐng)域的許多方面已得到廣泛應(yīng)用。但是,現(xiàn)有條紋投射技術(shù)尚存在一些問題,制約著其測(cè)量精度和測(cè)量效率的進(jìn)一步提高。例如,系統(tǒng)標(biāo)定過程復(fù)雜,且標(biāo)定精度不易保證;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。本文圍繞著條紋投射技術(shù)中的系統(tǒng)全參數(shù)標(biāo)定、畸變校正、三維重建、相位計(jì)算和相位誤差補(bǔ)償問題開展相關(guān)研究,為解決上述問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)的全參數(shù)標(biāo)定本文依據(jù)攝像機(jī)的成像模型,推導(dǎo)出投影機(jī)的投影模型,以此為基礎(chǔ),建立測(cè)量系統(tǒng)的模型,確定條紋圖像與被測(cè)物體空間三維坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。借助于張正友平面標(biāo)定法對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定,獲取其內(nèi)外參數(shù)和畸變參數(shù)。由于投影機(jī)不具備拍攝圖像的功能,無法直接獲得其圖像平面上的像素坐標(biāo),以至于難以對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。為此,本文提出了一種投影機(jī)參數(shù)迭代標(biāo)定算法。該算法利用標(biāo)定板在水平和豎直兩個(gè)方向上的絕對(duì)相位,建立攝像機(jī)圖像像素點(diǎn)與投影機(jī)圖像像素點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用有理函數(shù)對(duì)這兩個(gè)方... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

立體視覺三維測(cè)量示意圖[15]

第一章緒論5根據(jù)陰影（Shading）、紋理（Texture）、光度立體（PhotometricStereo）等信息恢復(fù)面形的技術(shù)統(tǒng)稱為ShapeFromX技術(shù)，由于其不存在三角測(cè)量中的光照陰影等問題，因而可歸類于單靜態(tài)測(cè)量[19]。這類面形恢復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)在于對(duì)被測(cè)物面、光照等因素的先驗(yàn)知識(shí)要求較多，處理?xiàng)l件嚴(yán)格受限，而且測(cè)量精度較低。(7)結(jié)構(gòu)光技術(shù)（StructuredLightTechnique）[20]結(jié)構(gòu)光技術(shù)是一種應(yīng)用較為靈活的主動(dòng)式三角測(cè)量技術(shù)。其原理是利用結(jié)構(gòu)光源投射結(jié)構(gòu)光至被測(cè)物面，由圖像傳感器記錄下其在物面上的位移或變形，再采用適當(dāng)?shù)姆椒◤挠涗泩D像中解調(diào)出被測(cè)物體的三維面形數(shù)據(jù)。根據(jù)照射系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)光源不同，結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法可劃分為：點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法、線結(jié)構(gòu)光法和面結(jié)構(gòu)光法。點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法采用逐點(diǎn)掃描的方式工作，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)；線結(jié)構(gòu)光法相對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法，掃描速度較快，但受限于物體表面特性和反射率，例如對(duì)偏暗表面、鏡面反射和透明材料的測(cè)量會(huì)很困難。圖1.3為線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量示意圖。圖1.3線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量示意圖[21]相對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光法和線結(jié)構(gòu)光法，采用投射面結(jié)構(gòu)光的方式能快速實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量。例如，光柵投射技術(shù)就是一種典型的面結(jié)構(gòu)光方法，如圖1.4所示。為了提高光柵投射測(cè)量的可靠性，需要對(duì)光柵進(jìn)行編碼。編碼方式包括彩色編碼、二進(jìn)制編碼、相位編碼等。這些編碼方法將在1.3節(jié)中詳細(xì)討論。在這類全場(chǎng)方式的結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)中，若只依靠單幀圖像恢復(fù)三維面形，則測(cè)量分辨率會(huì)有所下降。因此，可采用相位編碼結(jié)合相移技術(shù)來克服此缺點(diǎn)，以提高分辨率。

上海大學(xué)博士學(xué)位論文：條紋投射技術(shù)中的全參數(shù)標(biāo)定及畸變校正6圖1.4光柵投影三維測(cè)量示意圖[6]綜上所述，光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)提供了基于各種不同原理的測(cè)量方法，以適應(yīng)工程應(yīng)用中不同測(cè)量精度與分辨率的要求。而對(duì)于同樣精度與分辨率之要求，可以根據(jù)環(huán)境、對(duì)象等特定因素的不同再選擇合適的測(cè)量方法。1.2.2應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)具有的高精度、高效率以及非接觸等優(yōu)點(diǎn)，使其在多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，具體如下：(1)工業(yè)制造光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)已成為現(xiàn)代化工業(yè)制造中不可或缺的一部分，其擔(dān)負(fù)著保證產(chǎn)品質(zhì)量與提高生產(chǎn)效率的重任。利用該技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量能準(zhǔn)確重建出物體的三維形貌，從而為先進(jìn)制造、表面檢測(cè)、自動(dòng)裝配等行業(yè)提供有效指導(dǎo)。若將光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)與CAD/CAM相結(jié)合，則通過對(duì)比物體的三維測(cè)量數(shù)據(jù)與CAD模型，可判斷出物體是否發(fā)生形變，從而為產(chǎn)品質(zhì)量控制、應(yīng)力分析、碰撞測(cè)試等領(lǐng)域提供更全面的可視化分析手段。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)功能多樣化和產(chǎn)品精細(xì)化的要求，還可利用光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)來構(gòu)建逆向工程系統(tǒng)[22-26]。所謂逆向工程就是依據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行內(nèi)外輪廓的三維測(cè)量，再將這些測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，用于進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改進(jìn)產(chǎn)品。光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)能快速獲取產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，極大地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了工作效率。圖1.5給出了光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)制造中的幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]傅里葉變換輪廓術(shù)中帶通濾波器窗口參數(shù)的自動(dòng)選取方法[J]. 高大鵬,殷福亮.  信號(hào)處理. 2014(05)
[2]敦煌學(xué)數(shù)字化研究綜述[J]. 韓春平.  敦煌學(xué)輯刊. 2009(04)
[3]基于Mexican hat小波變換的三維輪廓術(shù)[J]. 周翔,趙宏.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2009(01)
[4]單攝像機(jī)結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)中投影儀標(biāo)定技術(shù)[J]. 戴小林,鐘約先,袁朝龍,馬揚(yáng)飚.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2008(08)
[5]三維數(shù)字化技術(shù)在三星堆遺址中的應(yīng)用[J]. 劉江濤,張愛武.  首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(04)
[6]光學(xué)三維輪廓測(cè)量技術(shù)進(jìn)展[J]. 李永懷,馮其波.  激光與紅外. 2005(03)
[7]伸縮窗口傅里葉變換在三維形貌測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 翁嘉文,鐘金鋼.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2004(06)
[8]傅里葉變換輪廓術(shù)中抑制零頻的新方法[J]. 陳文靜,蘇顯渝,曹益平,向立群.  中國(guó)激光. 2004(06)
[9]加窗傅里葉變換在三維形貌測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 翁嘉文,鐘金鋼.  光子學(xué)報(bào). 2003(08)
[10]一種基于Kruppa方程的攝像機(jī)線性自標(biāo)定方法[J]. 李析,鄭南寧,程洪.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(08)

博士論文
[1]三維掃描儀與逆向工程關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 胡寅.華中科技大學(xué) 2005
[2]動(dòng)態(tài)過程三維面形測(cè)量技術(shù)研究[D]. 張啟燦.四川大學(xué) 2005
[3]航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片三維輪廓測(cè)量方法研究[D]. 王軍.中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2005
[4]多孔徑拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)360°面形測(cè)量[D]. 郭紅衛(wèi).上海大學(xué) 2001



本文編號(hào)：3461545