基于光柵投影的手持式無標志點三維掃描技術研究.pdf

1、三維掃描技術是涉及到光、機、電、計算機等多方面知識的一種技術，能夠對物體快速數(shù)字化三維建模，在逆向工程、數(shù)字化制造、虛擬現(xiàn)實、產品檢測以及文物保護等眾多方面被廣泛應用。其中，光柵投影三維掃描技術以其精度高速度快的優(yōu)點越來越受重視。目前市場占有率較高的多為北美和歐洲的產品，這些三維掃描設備價格昂貴，對于中小型企業(yè)而言使用成本較高。因此，本文基于相移法解相位原理、多頻外差解相位包裹原理、相位誤差校正、攝像機參數(shù)標定和投影儀相位-高度標定，以

2、及尺度空間關鍵點檢測技術，力圖開發(fā)一套成本低、速度快、體積小巧使用方便的手持式三維掃描設備。整個論文的研究內容如下：
　　研究了基于圓環(huán)陣列平面靶標的攝像機標定技術。針對張正友黑白格棋盤靶標角點處存在灰度突變無法用于相位-高度標定的缺點，設計了由4個大圓和51個小圓組成的圓環(huán)陣列靶標。提出了有效去除背景干擾和提取靶標區(qū)域的橢圓識別算法，并對相機標定進行了實驗驗證。使后續(xù)投影儀相位-高度標定和相機標定能夠用同一組照片銜接起來。

3、>　　研究了投影儀相位-高度標定算法及相位校正算法。結合相機標定得到的相機參數(shù)，利用雙線性插值算法精確提取標志點處相位值，并用于投影儀相位-高度標定實驗，為三維點云求解奠定了基礎。以三步相移解相位原理和雙頻外差解包裹原理為基礎完成了投影儀解相位算法設計。分析了投影相位誤差的原因，提出一種全域相位校正算法，大幅提升了短距、廣角投影儀的相位精度。
　　研究了單片點云的求解原理及尺度空間中搜索被測物本身特征信息關鍵點的算法。以相機和投影

4、儀標定結果為基礎，計算了三維點云。將尺度空間關鍵點應用到單片三維點云拼接中，省去人工標志點。對比了不同的解法對點云拼接的不同效果。最終實驗驗證了尺度空間中關鍵點用于點云拼接的可行性。
　　研究了以系統(tǒng)標定及點云求解和拼接原理為基礎的手持式三維掃描硬件實驗平臺。以89C52單片機最小系統(tǒng)為下位機，通過與上位機之間的通信，控制CCD相機和DLP投影儀協(xié)調工作，實現(xiàn)拍照、投影、照片存儲的同步。設計了上位機軟件，用于交互操作和一些重要參數(shù)