針對(duì)高光表面物體的三維形狀獲取技術(shù)的研究.pdf

1、物體的三維形狀獲取作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的一個(gè)重要方向，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域以及計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)中受到了廣泛關(guān)注，相應(yīng)地開(kāi)發(fā)研制出了大量的三維測(cè)量?jī)x器，如商業(yè)三維掃描儀、激光測(cè)距儀、立體視覺(jué)相機(jī)、BGA檢測(cè)器等。這些測(cè)量?jī)x器具有精度高、效率高、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但是體積都比較龐大而且價(jià)格昂貴，對(duì)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境有一定的限制，通用性較低，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。特別是工業(yè)檢測(cè)上有很多帶有高光表面的物體需要進(jìn)行三維形狀恢復(fù)，比如塑料制品、金屬

2、構(gòu)件等，鏡面反射的視點(diǎn)相關(guān)性會(huì)給三維信息獲取帶來(lái)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，而且鏡面反射會(huì)使相機(jī)飽和，造成信息丟失。另外，要在工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛運(yùn)用，必須盡量減少處理時(shí)間，基本達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求。這些約束條件和需求給當(dāng)前的三維形狀獲取算法提出了挑戰(zhàn)。尋求一種快速、設(shè)備簡(jiǎn)易、能對(duì)帶高光表面的物體進(jìn)行測(cè)量的三維形狀獲取方法成為眾多學(xué)者的研究課題。 本文在對(duì)三維形狀獲取技術(shù)進(jìn)行了深入地分析和研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)帶有高光表面的物體的三維形狀獲取技術(shù)所存在

3、的關(guān)鍵問(wèn)題，展開(kāi)了具有創(chuàng)新性的研究工作。分別研究了主動(dòng)和被動(dòng)三維信息獲取方法，在提高精度的同時(shí)，盡量滿足實(shí)時(shí)性的要求。由于充分考慮了實(shí)際環(huán)境的復(fù)雜性，本文提出的算法對(duì)于光照變化、噪音有較強(qiáng)的魯棒性。本文工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1.提出一種將多光源法與補(bǔ)色法相結(jié)合的高光去除方法，能夠快速有效地去除各種金屬表面高光。通過(guò)采集多個(gè)光源下同一個(gè)場(chǎng)景的多幅圖像，利用多幅圖像的信息互補(bǔ)性來(lái)重構(gòu)圖像，從而對(duì)物體表面存在的大面積不完全重復(fù)高光進(jìn)

4、行有效地去除。然后采用補(bǔ)色方法對(duì)少量的重復(fù)高光進(jìn)行修補(bǔ)。這樣就能較全面地將高光去除。同時(shí)，本算法采用兩步走的金字塔算法結(jié)構(gòu)，在速度上能滿足實(shí)時(shí)性的要求。 2.提出了一種基于三態(tài)動(dòng)態(tài)規(guī)劃和census變換的實(shí)時(shí)魯棒稠密立體匹配方法。在全局立體匹配算法中，掃描線動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法是速度最快的，但是存在一個(gè)水平線問(wèn)題(streak effect)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入掃描行之間的垂直約束，使匹配精度得到很大提高。在相同的匹配精度下，本

5、文提出的算法在時(shí)間上與其他算法相比有很大優(yōu)勢(shì)，基本達(dá)到實(shí)時(shí)匹配。另外本文算法對(duì)于實(shí)際場(chǎng)景中存在的噪音、曝光不均衡、欠曝光、過(guò)曝光和高光問(wèn)題都有一定的穩(wěn)定性。 3.提出了一種簡(jiǎn)單、成本低、快速的移動(dòng)掃描模式三維形狀獲取方法。此方法對(duì)物體的材質(zhì)和表面紋理都沒(méi)有限制。我們用投影儀將條紋模式投射到物體表面，并移動(dòng)條紋對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行掃描，利用相機(jī)記錄這個(gè)過(guò)程。本算法根據(jù)條紋在物體表面的變形來(lái)獲取物體的三維信息。我們充分利用圖像序列的時(shí)空特性計(jì)