基于自適應(yīng)結(jié)構(gòu)光投影的三維測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)光投影三維測(cè)量技術(shù)因表面非接觸，大視場(chǎng)，實(shí)時(shí)性、高精度的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于逆向工程、工業(yè)零件缺陷檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人臉識(shí)別等領(lǐng)域。近些年來(lái)，傳統(tǒng)的三維測(cè)量技術(shù)已日趨成熟。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們也對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)提出了更高的要求，例如解決投影的非線性問(wèn)題，相位展開(kāi)問(wèn)題等等。本文詳細(xì)的介紹了結(jié)構(gòu)光投影三維的原理，基于相位測(cè)量輪廓術(shù)，重點(diǎn)對(duì)三維測(cè)量的非線性問(wèn)題，包裹相位自適應(yīng)展開(kāi)問(wèn)題做了深入研究。本文的研究?jī)?nèi)容包括四個(gè)方面:
　　

2、1)基于離焦二元編碼結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量原理及其性質(zhì)，結(jié)合相移法，發(fā)現(xiàn)了Floyd-Steinberg Dithering算法的誤差擴(kuò)散不對(duì)稱性將使正弦結(jié)構(gòu)光圖案的二值圖案失對(duì)稱性，對(duì)相移法將產(chǎn)生相位平移的影響。使用平行于條紋方向掃描的Floyd-SteinbergDithering算法將使離焦結(jié)構(gòu)光圖案在不同離焦?fàn)顟B(tài)、不同相移步數(shù)情況下的相位提取結(jié)果更加一致、誤差更小。數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果都證明了這一結(jié)論。
　　2)針對(duì)基于傳統(tǒng)鄰域

3、分析法的相移法不適合測(cè)量階躍場(chǎng)景，且往往會(huì)造成相位誤差累加的問(wèn)題，本文提出了兩種用于獲取絕對(duì)相位的對(duì)稱式和非對(duì)稱式二元階梯相位編碼方法。通過(guò)投影多幀二元編碼圖案獲得階梯相位。針對(duì)不同頻率的正弦條紋，可以選擇不同相移步數(shù)的編碼方法，實(shí)現(xiàn)二元結(jié)構(gòu)光頻率的自適應(yīng)投影和包裹相位展開(kāi)。測(cè)量時(shí)，基于傳統(tǒng)正弦條紋和相移法獲得包裹相位，根據(jù)階梯相位確定對(duì)應(yīng)條紋級(jí)次，直接進(jìn)行相位展開(kāi)。實(shí)驗(yàn)證明兩種方法均能夠有效還原階躍場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。
　　3)

4、針對(duì)新提出來(lái)的兩種二元結(jié)構(gòu)光編碼方法對(duì)高頻包裹相位進(jìn)行相位展開(kāi)需要投影大量編碼圖像的問(wèn)題，對(duì)兩種方法進(jìn)行了改進(jìn)研究，新提出來(lái)一種改進(jìn)型二元結(jié)構(gòu)光編碼方法，該方法只需投影三幅結(jié)構(gòu)光圖像便能解析更高頻率的包裹相位，且針對(duì)不同頻率的正弦條紋，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)頻率的二元編碼。實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。
　　4)基于OpenCV和Matlab的標(biāo)定模塊，在光學(xué)平臺(tái)上搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)單目相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定，求出了相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，并對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行