相位輔助光學(xué)三維測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法.pdf

1、相位輔助光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)密度大、測(cè)量速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、普適性和靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，是基于結(jié)構(gòu)照明的光學(xué)三維測(cè)量中極具代表性的一類方法，在工業(yè)制造、測(cè)繪導(dǎo)航、文化遺產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診療、影視娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域有著日趨廣泛的應(yīng)用。
　　本論文主要針對(duì)相位輔助光學(xué)三維測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法及其相關(guān)技術(shù)展開研究，旨在提高測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定精度，尋找可行性更高的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法。在概括介紹相位輔助光學(xué)三維測(cè)量的基本原理、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)

2、以及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，論文重點(diǎn)對(duì)決定系統(tǒng)標(biāo)定精度的兩個(gè)要素——基準(zhǔn)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行了分析研究。
　　圓形標(biāo)志點(diǎn)是標(biāo)定所用基準(zhǔn)點(diǎn)的常見(jiàn)形態(tài)，為了準(zhǔn)確地獲得圓形標(biāo)志點(diǎn)圖像的中心坐標(biāo)，基于余誤差函數(shù)的橢圓旋轉(zhuǎn)變換對(duì)圓形標(biāo)志點(diǎn)圖像鄰域的灰度分布進(jìn)行曲面建模，實(shí)現(xiàn)了基于曲面擬合的亞像素精度的中心定位。模擬和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)均證明，該方法對(duì)圖像中的噪聲表現(xiàn)出了較好的魯棒性。討論了由于透視投影的非對(duì)稱性導(dǎo)致的中心定位偏差，結(jié)合Che

3、n的基于圓的相機(jī)標(biāo)定技術(shù)以及Heikkil的偏差模型來(lái)對(duì)上述中心定位偏差進(jìn)行了修正。
　　單目的“相機(jī)-投影儀”結(jié)構(gòu)是基于相位輔助光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)的三維傳感器的常見(jiàn)配置。針對(duì)單目三維傳感器標(biāo)定所常用的平面標(biāo)靶，設(shè)計(jì)了一種基于位置關(guān)系不變性實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)自動(dòng)編碼的平面標(biāo)靶圖案，用于方便地對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定?？紤]到投影儀和相機(jī)在模型上的等價(jià)性，將光束平差原理引入單目三維傳感器的標(biāo)定中，從根本上減小了由于基準(zhǔn)點(diǎn)三維坐標(biāo)的不確定度所引入的系統(tǒng)誤

4、差。實(shí)驗(yàn)證明該方法可以利用制作精度較低的標(biāo)靶實(shí)現(xiàn)較高精度的標(biāo)定。
　　在測(cè)量拓?fù)鋸?fù)雜、尺度較大的物體時(shí)，一個(gè)可行性較高的方案是利用多個(gè)雙目傳感器構(gòu)成多節(jié)點(diǎn)三維測(cè)量網(wǎng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)已有文獻(xiàn)的分析可知，三維標(biāo)靶是最適用于測(cè)量網(wǎng)標(biāo)定的標(biāo)靶。為此，首先以編碼標(biāo)志點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)構(gòu)造自適應(yīng)測(cè)量空間的三維標(biāo)靶，然后運(yùn)用歐氏重建和光束平差技術(shù)精確重建基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，最后利用重構(gòu)后的標(biāo)靶方便地進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)三維測(cè)量網(wǎng)的標(biāo)定。對(duì)上述過(guò)程中的標(biāo)靶重建精