多頻相移結(jié)構(gòu)光三維型面測量技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、相移結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)因其測量精度高,適應(yīng)性廣等優(yōu)勢在逆向工程、工業(yè)檢測、人體測量、文物保護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)首先通過采集多幀有一定相移的條紋圖像計算包含有被測物體表面三維信息的初始相位值,再利用多頻相移或與其他編碼方式結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)相位解包。最后采用三角測量法,利用解得的絕對相位值獲取物體表面的空間三維信息,用于物體表面的三維重建。相移測量技術(shù)有單頻相移和多頻相移兩種方式。單頻相移技術(shù)測量時只獲取一組包裹相位值,故其在解包場景、

2、解包精度以及誤差容忍度方面均存在不足。本文結(jié)合計算機(jī)模擬試驗分析多頻相移相對于單頻相移在解包場景,解包精度,抑制隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差方面的優(yōu)勢。并提出了多頻相移測量的技術(shù)方案,其中包括光柵設(shè)計、解包算法設(shè)計、相位波動誤差補(bǔ)償、相位校正以及程序設(shè)計等內(nèi)容。查表法和差分法是多頻相移技術(shù)中最主要的兩種方法,本文詳細(xì)研究了這兩種解包方法的算法原理。在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)這兩種解包算法的具體實(shí)施步驟。利用計算機(jī)模擬解包過程,對這兩種方法在測量場景以及解

3、包容差能力方面進(jìn)行了理論分析和比較。模擬試驗表明查表法在測量場景以及理論容差度上均優(yōu)于外差法。相位波動誤差和相位偏移錯誤校正是多頻相移測量中的兩項關(guān)鍵技術(shù)。在計算機(jī)仿真分析投影儀伽馬非線性特性對包裹相位波動誤差影響的基礎(chǔ)上,提出一種面向相移結(jié)構(gòu)光測量的相位波動誤差補(bǔ)償方法。該方法采用二次多項式最小二乘擬合的方法近似輸出條紋光強(qiáng)分布,實(shí)現(xiàn)對相位波動誤差的補(bǔ)償。實(shí)驗結(jié)果表明,該方法可大大降低由伽馬非線性產(chǎn)生的相位波動誤差,補(bǔ)償后平均相位波動

4、誤差小于補(bǔ)償前的1/5,解包查表誤碼率比補(bǔ)償前減少14.5倍。采用基于像素段生長的方法實(shí)現(xiàn)對相位偏移錯誤的校正,該方法利用較小的鏈表長度實(shí)現(xiàn)校正,空間復(fù)雜度低,校正健壯性好。在實(shí)現(xiàn)對相位波動誤差的補(bǔ)償和相位偏移錯誤的校正后,本文利用C++實(shí)現(xiàn)解包程序的設(shè)計。最后,在理論分析的基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗室測量系統(tǒng)對本文所提出的解包算法、誤差補(bǔ)償方法以及相位校正技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗驗證。同時對查表和差分這兩種解包方法在實(shí)際測量中的場景、容差度、解包效率以及解