基于散焦光柵投影的快速三維測(cè)量若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光柵投影三維測(cè)量技術(shù)是一種以光學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理等學(xué)科的測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)以其非接觸、精度高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、制造工業(yè)、文物保護(hù)等領(lǐng)域，具有十分可觀的發(fā)展前景和較高的應(yīng)用價(jià)值。隨著光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)和制造工業(yè)的快速發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速的三維形貌測(cè)量變得尤為重要。本文主要就散焦光柵投影快速三維測(cè)量技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究，并將研究成果應(yīng)用于所開(kāi)發(fā)的快速三維測(cè)量系統(tǒng)中，具體工作和創(chuàng)新包括

2、:
　　(1)介紹了光柵投影三維測(cè)量技術(shù)的研究背景和應(yīng)用以及國(guó)內(nèi)外快速三維測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析了DLP投影儀的散焦原理以及在測(cè)量系統(tǒng)中的可行性。
　　(2)提出了基于Sierra Lite圖像抖動(dòng)算法的散焦光柵投影三維測(cè)量技術(shù)。投影儀散焦技術(shù)克服了快速光柵投影三維測(cè)量中的投影儀非線性問(wèn)題，但散焦產(chǎn)生的高次諧波會(huì)大大降低散焦光柵的正弦性，帶來(lái)明顯的測(cè)量誤差。提出了采用“S”形掃描Sierra Lite抖動(dòng)算法生成二值抖動(dòng)光

3、柵，較大地改善了散焦后光柵的正弦性，將該抖動(dòng)技術(shù)生成的散焦光柵用于傳統(tǒng)的相移算法，基于投影儀散焦投影，得到用于三維測(cè)量的絕對(duì)相位信息。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性，改善了散焦光柵的正弦性，提高了相位質(zhì)量。實(shí)際測(cè)量實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果相一致。與已有的Bayer有序抖動(dòng)和Floyd-Steinberg抖動(dòng)生成的光柵相比，所提算法運(yùn)算速度快，生成光柵正弦性較好，更加適用于散焦投影測(cè)量。
　　(3)分析和討論了基于散焦光柵投影的快速三維測(cè)量系統(tǒng)

4、中的幾個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)題，包括相機(jī)和投影儀同步投影采集的實(shí)現(xiàn)、高速投影光柵的實(shí)現(xiàn)以及GPU并行計(jì)算在實(shí)時(shí)測(cè)量中的應(yīng)用。提出三種方案分別實(shí)現(xiàn)高速相機(jī)和投影儀同步采集，即利用單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)、利用FPGA生成光柵和視頻實(shí)現(xiàn)以及利用DLP LightCrafter4500實(shí)現(xiàn)。分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性，最終采用DLPLightCrafter4500實(shí)現(xiàn)同步。討論了GPU加速對(duì)快速測(cè)量系統(tǒng)提高性能起到的作用，并且分析了其可行性。最后結(jié)合本文的