本文關(guān)鍵詞：數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人類所處的物理世界空間是三維的,任何實物都以三維的方式呈現(xiàn)。隨著社會的進步發(fā)展,三維信息獲取技術(shù)面臨越來越大的社會需求。數(shù)字結(jié)構(gòu)光三維測量方法作為當(dāng)前重要的測量手段,一直是研究的熱點之一。但該技術(shù)仍然受到投影非線性效應(yīng)和相位解包裹兩大難題的制約。圍繞數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法中的兩個難點問題,論文開展了基于參考平面法的投影非線性效應(yīng)研究和離焦Dither結(jié)構(gòu)光圖案的相位特性研究,分別提出了兩種克服非線性效應(yīng)的數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量新方法；然后,論文通過對克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼方法的深入研究,提出兩種克服非線性效應(yīng)的階梯相位編碼新方法和一種克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼方法的定標(biāo)與三維重構(gòu)新方法。論文主要工作內(nèi)容包括四個方面：1、論文研究了數(shù)字投影非線性效應(yīng)對基于相移法的參考平面結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)的影響關(guān)系,提出了相應(yīng)的相位輪廓誤差公式,在此基礎(chǔ)上分析了誤差波動振幅與相位、消相位輪廓誤差平面位置和極大相位輪廓誤差位置等重要特性,并通‘過相關(guān)實驗證實了理論推導(dǎo)的消相位輪廓誤差位置等誤差特性關(guān)系。2、論文在深入闡述了離焦二元編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法的編碼原理與離焦特性的基礎(chǔ)上,對離焦Floyd-Steiberg Dithering算法正弦結(jié)構(gòu)光圖案的相位偏移特性進行研究,發(fā)現(xiàn)由于該算法的非對稱式誤差擴散將導(dǎo)致相位偏移量；通過模擬分析和實驗驗證,獲得了該算法中兩種掃描方式對不同條紋寬度、不同離焦量和不同相移步數(shù)的投影結(jié)構(gòu)光圖案產(chǎn)生的相位偏移量誤差結(jié)果。3、論文對投影結(jié)構(gòu)光三維測量的非線性效應(yīng)克服方法進行了研究,提出了三極脈寬編碼的二元編碼轉(zhuǎn)換方案和基于參考平面濾波的結(jié)構(gòu)光投影非線性校正方法,實現(xiàn)了在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下的非線性效應(yīng)消除。(1)三極脈寬編碼的二元編碼轉(zhuǎn)換方案利用兩組二元結(jié)構(gòu)光編碼圖案代替一組三極脈寬編碼圖案,在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下,實現(xiàn)了三極脈寬編碼方法的無非線性效應(yīng)三維測量效果。(2)基于參考平面濾波的結(jié)構(gòu)光投影非線性校正方法從濾除非線性諧波項的參考平面的結(jié)構(gòu)光圖像中獲取誤差相位的相位補償表,用于對場景相位圖進行相位誤差補償,在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下,大大消除結(jié)構(gòu)光三維測量的非線性效應(yīng)誤差。4、論文對克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼技術(shù)進行研究,提出了兩種階梯相位編碼方法(對稱式和非對稱式二元區(qū)塊相移編碼方法)和一種基于絕對相位三維映射的離焦系統(tǒng)三維重構(gòu)方法。即：(1)兩種新的階梯相位編碼方法(對稱式和非對稱式二元區(qū)塊相移編碼方法)只需要簡單的二元區(qū)塊進行圖案編碼,并利用傳統(tǒng)等步距相移算法解碼,在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下,實現(xiàn)對場景圖像進行多級階梯相位編碼。(2)基于絕對相位三維映射的離焦系統(tǒng)三維重構(gòu)方法,利用雙頻離焦二元結(jié)構(gòu)光編碼方法,在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下,獲得場景絕對相位編碼；利用每個點的絕對相位編碼直接映射到三個空間維度坐標(biāo)的方法,獲得三維重構(gòu)圖像,消除了某個坐標(biāo)信息對其他坐標(biāo)的誤差影響；通過“已知平面點的三維重構(gòu)”的方法,獲得三維標(biāo)定信息,無需高精度的標(biāo)定器件即可實現(xiàn)簡單精確的系統(tǒng)標(biāo)定。通過本論文的研究工作,數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法的非線性效應(yīng)特性更加清晰明確,而克服其非線性效應(yīng)的手段也進一步豐富,為該方法的實用化提供了保障。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)光三維測量 非線性效應(yīng) 絕對相位編碼 離焦投影 二元編碼圖案
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 光學(xué)三維測量技術(shù)簡介14-15
• 1.2 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 相移法15-16
• 1.2.2 傅立葉變換輪廓術(shù)16-17
• 1.2.3 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法的學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)品化17-18
• 1.3 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法面臨的問題18-21
• 1.3.1 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量非線性的標(biāo)定和校正19
• 1.3.2 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量非線性問題的避免19-20
• 1.3.3 相位包裹問題克服20-21
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排21-24
• 第2章 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量的非線性效應(yīng)研究24-58
• 2.1 引言24
• 2.2 結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)及其非線性效應(yīng)24-30
• 2.2.1 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)原理24-28
• 2.2.2 結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的非線性效應(yīng)28-30
• 2.3 參考平面法結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)中相移法的非線性效應(yīng)研究30-56
• 2.3.1 參考平面結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)中相移法的相位輪廓誤差模型30-32
• 2.3.2 參考平面結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)中相移法的相位輪廓誤差特性分析32-38
• 2.3.3 四步和五步相移法時的情況38-40
• 2.3.4 數(shù)值模擬40-48
• 2.3.5 實驗與結(jié)果48-56
• 2.3.6 相位輪廓誤差的意義和應(yīng)用可能性討論56
• 2.4 本章小結(jié)56-58
• 第3章 離焦二元編碼結(jié)構(gòu)光三維測量及其性質(zhì)研究58-78
• 3.1 引言58
• 3.2 離焦投影光學(xué)系統(tǒng)與二元編碼結(jié)構(gòu)光技術(shù)58-66
• 3.2.1 離焦投影模型58-59
• 3.2.2 正弦型結(jié)構(gòu)光圖案59-60
• 3.2.3 矩形波型結(jié)構(gòu)光圖案60-62
• 3.2.4 Floyd-Steinberg Dithering算法二值化正弦型結(jié)構(gòu)光圖案62-64
• 3.2.5 脈寬調(diào)制方法二值化正弦型結(jié)構(gòu)光圖案64-66
• 3.3 相移法中離焦Floyd-Steiberg Dithering圖案的誤差66-76
• 3.3.1 Floyd-Steiberg Dithering算法誤差擴散非對稱性的影響66-67
• 3.3.2 Floyd-Steiberg Dithering算法非對稱性數(shù)值模擬67-72
• 3.3.3 Floyd-Steiberg Dithering算法非對稱性實驗測試72-76
• 3.3.4 結(jié)果討論76
• 3.4 本章小結(jié)76-78
• 第4章 數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量非線性問題克服研究78-94
• 4.1 引言78
• 4.2 基于三極脈寬調(diào)制的二元結(jié)構(gòu)光編碼方法78-85
• 4.2.1 三極脈寬調(diào)制結(jié)構(gòu)光圖案的二元灰度值替代方法79-81
• 4.2.2 數(shù)值仿真、實驗和結(jié)果討論81-85
• 4.3 基于參考面濾波的數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量非線性校正方法85-92
• 4.3.1 參考平面濾波法數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量非線性校正85-86
• 4.3.2 濾波效果數(shù)值模擬分析86-89
• 4.3.3 實驗驗證89-91
• 4.3.4 結(jié)果討論91-92
• 4.4 本章小結(jié)92-94
• 第5章 絕對相位編碼中的投影非線性克服研究94-132
• 5.1 引言94
• 5.2 兩種新的二元編碼結(jié)構(gòu)光階梯相位編碼方法94-114
• 5.2.1 對稱式二元區(qū)塊相移編碼方法95-99
• 5.2.2 非對稱式二元區(qū)塊相移編碼方法99-103
• 5.2.3 階梯相位編碼重構(gòu)實驗103-109
• 5.2.4 絕對相位重構(gòu)實驗與后部前移相位解包裹方法109-114
• 5.3 基于絕對相位三維映射的離焦系統(tǒng)三維重構(gòu)方法114-129
• 5.3.1 雙頻相移算法115-116
• 5.3.2 已知平面上點的三維坐標(biāo)重構(gòu)116-117
• 5.3.3 相位與三維坐標(biāo)關(guān)系117-118
• 5.3.4 系統(tǒng)構(gòu)建與標(biāo)定118-123
• 5.3.5 實驗結(jié)果與討論123-129
• 5.4 本章小結(jié)129-132
• 第6章 總結(jié)與展望132-136
• 6.1 總結(jié)132-134
• 6.2 展望134-136
• 參考文獻136-150
• 攻讀博士學(xué)位期間主要的研究成果150

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 周鴻,趙宏;一種用線陣CCD測量物體表面三維輪廓的新方法[J];半導(dǎo)體光電;2001年06期

2 張啟燦,蘇顯渝;動態(tài)液面面形測量[J];光學(xué)學(xué)報;2001年12期

3 程菊;蘇顯渝;;位相測量輪廓術(shù)中二元誤差擴散光柵的應(yīng)用研究[J];淮陰師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年03期

  本文關(guān)鍵詞：數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：383118