便攜式相位光柵輪廓全貌測量技術研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的測量方式和測量信息已經不能滿足實際的需求，因此針對復雜自由曲面的快速、高精度、多信息的全貌測量技術已成為一個重要的研究方向。特別是基于相位光柵的視覺測量技術因為其非接觸、速度快、精度高、全視角等優(yōu)點得到了更廣泛地應用。
　　本文對相位光柵測量技術進行了深入地分析，并自主設計和研發(fā)了一套便攜式相位光柵輪廓全貌測量系統(tǒng)，并以該測量系統(tǒng)為實驗平臺，對涉及的關鍵技術進行了深入的研究。本文

2、主要的研究內容和貢獻如下:
　　1.針對圖像的特征識別、邊緣提取和中心定位等關鍵技術進行了深入的研究，并提出了相應的解決方案。主要提出了一種利用多項式擬合的亞像素邊緣精確定位算法;基于幾何特性實現(xiàn)了圓形特征對象的穩(wěn)健識別;根據調和共軛和配極對應等原理，又提出了一種新的高精度圓心定位算法;最后將本文算法和張正友的標定方法相結合實現(xiàn)全自動、高精度地攝像機標定，并通過實驗驗證了各算法的有效性和精度。
　　2.立體匹配是三維重構的重

3、要條件，本文提出了一種針對相位光柵的亞像素定位算法，實現(xiàn)高精度的立體匹配;在保證測量精度的前提下，盡可能地減少投射光柵的數目具有一定的意義，本文對影響相位計算精度的因素進行了分析，提出了將三步相移法和四步相移法結合的解決方案，充分地發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)點。
　　3.詳細分析現(xiàn)有多視拼接技術的優(yōu)缺點，最終選擇適合本文測量系統(tǒng)的基于粘性標記點的拼接方法。針對標記點的匹配問題，本文基于三維重構深度差，提出了一種適應性更強的立體匹配算法。在

4、此基礎上，又根據距離不變性實現(xiàn)多視同名標記點的搜索，最終實現(xiàn)數據的初始拼接。通過實驗發(fā)現(xiàn)僅利用粘性標記點的拼接精度不能滿足高精度測量系統(tǒng)的要求，因此本文在初始拼接結果的基礎上，提出了一種多層次ICP精確配準算法，該方法利用初始拼接誤差動態(tài)調整距離閾值，從而不斷減小受非對應點的影響，最終完成優(yōu)化拼接。實驗結果表明，經優(yōu)化處理后數據拼接精度約提高3倍。
　　4.針對相位光柵測量數據的特點，本文實現(xiàn)了一種簡單實用的點云法矢估算方法，通過

5、實驗證明了算法的正確性，且具有較高的執(zhí)行效率，為用戶的可視操作和后續(xù)算法的運算提供了可靠的輔助信息。
　　5.數據融合是測量系統(tǒng)中必不可少的一個關鍵技術，考慮數據噪聲和配準誤差的影響，本文在已有算法的基礎上提出了一種自適應鄰域均值聚類融合算法，該算法主要包括檢測重疊區(qū)域、計算初始中心點和聚類迭代等三個步驟。通過實驗驗證了算法的有效性和精度，實驗結果表明該算法不僅能夠從多視冗余數據中正確地獲取單一型面數據，而且融合結果在細節(jié)保留方面