組合式時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法與技術(shù).pdf

1、結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)以其高速、高效和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在視覺三維非接觸測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，其中編碼結(jié)構(gòu)光法測(cè)量效率高、識(shí)別容易，是結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。時(shí)間編碼方法相對(duì)于空間編碼方法和直接編碼方法具有較高的準(zhǔn)確度和采樣密度而成為編碼結(jié)構(gòu)光的發(fā)展方向。但是，在提高速度的同時(shí)提高準(zhǔn)確度和采樣密度等綜合技術(shù)指標(biāo)是視覺三維測(cè)量技術(shù)永恒的追求目標(biāo)。為此，本文在保證測(cè)量速度的同時(shí)，以提高準(zhǔn)確度和采樣密度為目的，研究組合式時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光三維測(cè)

2、量方法與技術(shù)。
　　 在對(duì)傳統(tǒng)的組合式循環(huán)正弦相移法進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，本文提出組合式循環(huán)梯形相移強(qiáng)度比法，將梯形相移強(qiáng)度比和循環(huán)碼結(jié)合進(jìn)行編碼。在充分保證相移法高采樣密度的同時(shí)，由簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算代替相移法復(fù)雜的反正切運(yùn)算，使運(yùn)算速度僅為組合式循環(huán)正弦相移法的1/10，有效提高了測(cè)量速度。
　　 針對(duì)組合式循環(huán)梯形相移強(qiáng)度比法測(cè)量原理導(dǎo)致的一位循環(huán)碼誤差和周期錯(cuò)位問題，提出非對(duì)稱組合式循環(huán)梯形相移強(qiáng)度比法，通過對(duì)梯形相

3、移和循環(huán)碼編碼周期的碼距及對(duì)應(yīng)位置的非對(duì)稱組合，將解碼過程中的一位循環(huán)碼誤差減小到一個(gè)強(qiáng)度碼誤差，從原理上消除了周期錯(cuò)位，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。
　　 為提高循環(huán)碼的解碼準(zhǔn)確度，提出自適應(yīng)閾值帶二值化方法，通過舍掉部分采樣點(diǎn)而提高二值化準(zhǔn)確度、提高測(cè)量的抗干擾能力。
　　 基于3DMAX和MATLAB環(huán)境建立三維測(cè)量仿真系統(tǒng)，完成仿真系統(tǒng)標(biāo)定；針對(duì)各種典型三維表面分別采用組合式正弦相移法、組合式循環(huán)梯形相移強(qiáng)度比法、非對(duì)稱組

4、合式梯形相移強(qiáng)度比法三種方法進(jìn)行三維測(cè)量仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
　　 設(shè)計(jì)并組建實(shí)驗(yàn)裝置及其標(biāo)定設(shè)備，完成裝置測(cè)量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，采用非對(duì)稱組合式梯形相移強(qiáng)度比法進(jìn)行典型表面三維測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 理論分析和仿真結(jié)果表明：
　　 組合式循環(huán)正弦相移法對(duì)于平面和復(fù)雜表面的重構(gòu)結(jié)果與視覺上基本相符，對(duì)于700-1000mm深度范圍內(nèi)，平面最大誤差小于2.304mm，但是重構(gòu)平面和曲面都存在周期錯(cuò)位誤差；組合循環(huán)梯形

5、相移強(qiáng)度比法修正錯(cuò)位后重構(gòu)平面較平滑，有波動(dòng)，但無周期錯(cuò)位誤差，平面最大誤差小于0.753mm，但該方法重構(gòu)復(fù)雜表面不光滑，視覺上與被測(cè)物不相符；非對(duì)稱組合循環(huán)梯形相移強(qiáng)對(duì)比法重構(gòu)平面和復(fù)雜曲面光滑、視覺上與被測(cè)表面相符，不存在周期錯(cuò)位誤差，平面最大誤差小于0.514mm。
　　 裝置測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　 在700mm～1000mm深度范圍內(nèi)，最大誤差小于3mm，測(cè)量準(zhǔn)確度為0.3％；采用面向結(jié)構(gòu)光的三維重構(gòu)方式對(duì)被