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

1、結(jié)構(gòu)光投影三維測量技術(shù)因表面非接觸，大視場，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、生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人臉識別等領(lǐng)域。近些年來，傳統(tǒng)的三維測量技術(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題，相位展開問題等等。本文詳細(xì)的介紹了結(jié)構(gòu)光投影三維的原理，基于相位測量輪廓術(shù)，重點(diǎn)對三維測量的非線性問題，包裹相位自適應(yīng)展開問題做了深入研究。本文的研究內(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)散不對稱性將使正弦結(jié)構(gòu)光圖案的二值圖案失對稱性，對相移法將產(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)測試結(jié)果都證明了這一結(jié)論。
　　2)針對基于傳統(tǒng)鄰域

3、分析法的相移法不適合測量階躍場景，且往往會(huì)造成相位誤差累加的問題，本文提出了兩種用于獲取絕對相位的對稱式和非對稱式二元階梯相位編碼方法。通過投影多幀二元編碼圖案獲得階梯相位。針對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。測量時(shí)，基于傳統(tǒng)正弦條紋和相移法獲得包裹相位，根據(jù)階梯相位確定對應(yīng)條紋級次，直接進(jìn)行相位展開。實(shí)驗(yàn)證明兩種方法均能夠有效還原階躍場景，實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。
　　3)

4、針對新提出來的兩種二元結(jié)構(gòu)光編碼方法對高頻包裹相位進(jìn)行相位展開需要投影大量編碼圖像的問題，對兩種方法進(jìn)行了改進(jìn)研究，新提出來一種改進(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)平臺上搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對單目相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定，求出了相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，并對拍攝的圖像進(jìn)行