基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)研究.pdf

1、測量是人類認(rèn)識(shí)世界的重要的方法,而且是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著制造業(yè)的發(fā)展,對(duì)測量任務(wù)提出了大范圍、高精度、現(xiàn)場測量,甚至動(dòng)態(tài)測量的要求。傳統(tǒng)的三維測量技術(shù)無法滿足這一要求,在這種背景下,視覺測量技術(shù)得以產(chǎn)生并成為一個(gè)重要的研究方向。視覺測量技術(shù)以圖像為信息的載體,和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密的結(jié)合,具有非接觸、快速測量、高精度等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于各種測量任務(wù)中。
　　結(jié)構(gòu)光視覺測量屬于計(jì)算機(jī)視覺測量的范疇,最近幾年吸引了大批學(xué)者對(duì)其進(jìn)

2、行研究。但是,在實(shí)際應(yīng)用過程中該技術(shù)依然有諸多限制,比如結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)不能很好的適用于動(dòng)態(tài)場景、實(shí)時(shí)性還不能讓人滿意等。結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)采用一臺(tái)數(shù)字投影儀來替換雙目視覺中的一臺(tái)攝像機(jī)。本文主要研究了基于正弦光柵的時(shí)間編碼方法,利用正弦光柵絕對(duì)相位的唯一性來解決雙目立體視覺的立體匹配難題,從而實(shí)現(xiàn)物體三維測量。
　　本文主要研究了正弦光柵結(jié)構(gòu)光的編碼和解碼工作,投射正弦光柵的編碼和解碼工作直接影響到檢測的精度、魯棒性甚至成功度。研

3、究內(nèi)容主要包括:
　　首先,研究了正弦光柵的生成方法。正弦光柵是編碼方法的基礎(chǔ),正弦光柵的生成有兩種方法,一種是使用機(jī)械的光柵膠片,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是精度非常高,但其靈活性差,另一種方法是使用投影儀投射離散化后的正弦光柵,這種方法成本低、靈活性高,并可以通過編程來生成正弦波形,但是,生成的正弦波形離散化后會(huì)有一定的精度損失。
　　其次,研究了正弦編碼光柵的編碼及解碼方法。通過對(duì)被測物體投射八副不同初始相位的正弦光柵對(duì)被測物體表

4、面上可觀測點(diǎn)進(jìn)行編碼,然后,攝像機(jī)采集到編碼圖像,并對(duì)其進(jìn)行解碼,根據(jù)絕對(duì)相位的唯一性對(duì)投影儀圖像與攝像機(jī)圖像進(jìn)行立體視覺匹配。在進(jìn)行解碼的過程中,得到一副二維的相位主值圖,但是得到的相位主值都是包裹相位,即相位值都在[-p,+p]之間,于是本文又研究分析了各種相位展開方法,本文最終使用枝切法結(jié)合洪水填充法對(duì)其進(jìn)行相位展開,得到了很好的展開效果。
　　再次,根據(jù)解碼之后的結(jié)果結(jié)合結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)的標(biāo)定結(jié)果,來計(jì)算獲得被測物體的表面可

5、測點(diǎn)的坐標(biāo),得到被測物體表面的三維點(diǎn)云圖像,針對(duì)本文提出的方法,以一個(gè)圓柱體作為待測目標(biāo),做了一個(gè)三維重構(gòu)實(shí)驗(yàn),并得到該圓柱體的三維點(diǎn)云圖像及三維面形圖像,利用三維面形圖像的一個(gè)切面圖求解得到測量得到的圓柱體的直徑,結(jié)合實(shí)際的直徑值分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本文論述方法的有效性。
　　最后,分析了本系統(tǒng)的誤差來源,并介紹了本文所采取的方法來改善測量的精度。結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)必然存在著這樣那樣的測量誤差,為了更好的改進(jìn)測量系統(tǒng)以