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

1、光柵投影三維測量技術(shù)是一種以光學理論為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機視覺、圖像處理、數(shù)字信號處理等學科的測量技術(shù)。該技術(shù)以其非接觸、精度高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學、制造工業(yè)、文物保護等領(lǐng)域，具有十分可觀的發(fā)展前景和較高的應(yīng)用價值。隨著光學三維測量技術(shù)和制造工業(yè)的快速發(fā)展，如何實現(xiàn)實時、快速的三維形貌測量變得尤為重要。本文主要就散焦光柵投影快速三維測量技術(shù)的相關(guān)問題展開研究，并將研究成果應(yīng)用于所開發(fā)的快速三維測量系統(tǒng)中，具體工作和創(chuàng)新包括

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

3、柵，較大地改善了散焦后光柵的正弦性，將該抖動技術(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，得到用于三維測量的絕對相位信息。仿真結(jié)果驗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。實際測量實驗與仿真結(jié)果相一致。與已有的Bayer有序抖動和Floyd-Steinberg抖動生成的光柵相比，所提算法運算速度快，生成光柵正弦性較好，更加適用于散焦投影測量。
　　(3)分析和討論了基于散焦光柵投影的快速三維測量系統(tǒng)

4、中的幾個硬件實現(xiàn)關(guān)鍵問題，包括相機和投影儀同步投影采集的實現(xiàn)、高速投影光柵的實現(xiàn)以及GPU并行計算在實時測量中的應(yīng)用。提出三種方案分別實現(xiàn)高速相機和投影儀同步采集，即利用單片機電路實現(xiàn)、利用FPGA生成光柵和視頻實現(xiàn)以及利用DLP LightCrafter4500實現(xiàn)。分析了各方案的優(yōu)缺點和可行性，最終采用DLPLightCrafter4500實現(xiàn)同步。討論了GPU加速對快速測量系統(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