基于正弦光柵的結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)研究.pdf

1、測量是人類認識世界的重要的方法,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,對測量任務(wù)提出了大范圍、高精度、現(xiàn)場測量,甚至動態(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,和計算機技術(shù)緊密的結(jié)合,具有非接觸、快速測量、高精度等特點,已被廣泛應(yīng)用于各種測量任務(wù)中。
　　結(jié)構(gòu)光視覺測量屬于計算機視覺測量的范疇,最近幾年吸引了大批學(xué)者對其進

2、行研究。但是,在實際應(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態(tài)場景、實時性還不能讓人滿意等。結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)采用一臺數(shù)字投影儀來替換雙目視覺中的一臺攝像機。本文主要研究了基于正弦光柵的時間編碼方法,利用正弦光柵絕對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,一種是使用機械的光柵膠片,這種方法的優(yōu)點是精度非常高,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。通過對被測物體投射八副不同初始相位的正弦光柵對被測物體表

4、面上可觀測點進行編碼,然后,攝像機采集到編碼圖像,并對其進行解碼,根據(jù)絕對相位的唯一性對投影儀圖像與攝像機圖像進行立體視覺匹配。在進行解碼的過程中,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)合洪水填充法對其進行相位展開,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)的標定結(jié)果,來計算獲得被測物體的表面可

5、測點的坐標,得到被測物體表面的三維點云圖像,針對本文提出的方法,以一個圓柱體作為待測目標,做了一個三維重構(gòu)實驗,并得到該圓柱體的三維點云圖像及三維面形圖像,利用三維面形圖像的一個切面圖求解得到測量得到的圓柱體的直徑,結(jié)合實際的直徑值分析了實驗結(jié)果。實驗結(jié)果證實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,為了更好的改進測量系統(tǒng)以