條紋分隔顏色格雷碼結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)研究.pdf

1、非接觸三維測量技術(shù)以其效率高、自動化程度高、造價較低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)實(shí)生活中。結(jié)構(gòu)光方法是具有較高實(shí)用性和發(fā)展?jié)摿Φ娜S非接觸測量技術(shù)。編碼結(jié)構(gòu)光法以其高效、高速和勿需掃描而成為結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的發(fā)展方向。彩色編碼較之灰度編碼效率更高，相對于空間和直接彩色編碼方法，時間彩色編碼方法具有較高的準(zhǔn)確度和采樣密度而成為彩色編碼結(jié)構(gòu)光發(fā)展方向。提高準(zhǔn)確度是測量領(lǐng)域的永恒追求，提高采樣密度則是三維視覺測量中極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為

2、此，本文以提高時間編碼結(jié)構(gòu)光三維測量的準(zhǔn)確度和采樣密度為目的，研究條紋分隔顏色格雷碼結(jié)構(gòu)光三維非接觸測量原理及其關(guān)鍵技術(shù)。
　　 為提高編碼結(jié)構(gòu)光的準(zhǔn)確度，本文從分析傳統(tǒng)格雷碼條紋中心解碼原理誤差出發(fā)，提出顏色邊緣格雷碼解碼方法。該方法以彩色條紋邊緣作為采樣點(diǎn)，從原理上消除了條紋中心解碼帶來的0.5個最低位固有量化誤差；邊緣解碼與其高位圖像中紅藍(lán)條紋內(nèi)部而非邊緣相對應(yīng)，大大降低了格雷碼碼值被誤判的幾率、提高解碼可靠性；彩色條紋較

3、之灰度條紋還能減少條紋擴(kuò)散影響產(chǎn)生的邊緣檢測誤差。
　　 為提高編碼結(jié)構(gòu)光的采樣密度，基于顏色邊緣格雷碼在每相鄰彩色條紋處嵌入其它顏色的寬度固定條紋，將寬度固定條紋的邊緣和中心作為采樣點(diǎn)，達(dá)到不增加投射幅數(shù)的前提下提高采樣密度的目的。
　　 采用條紋分隔顏色格雷碼編碼方法進(jìn)行三維測量時，作為采樣點(diǎn)的彩色條紋邊緣和中心的準(zhǔn)確檢測是保證系統(tǒng)測量精度的關(guān)鍵。針對編碼條紋特點(diǎn)，基于行掃描技術(shù)，提出基于彩色分量交點(diǎn)亞像素檢測條紋邊

4、緣算法，以及彩色分量重心法亞像素檢測條紋中心算法，并用相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了方法的可行性和準(zhǔn)確性。
　　 因受系統(tǒng)硬件設(shè)備、環(huán)境光強(qiáng)度、拍攝角度及空間物體幾何形狀等因素影響，彩色條紋圖像會產(chǎn)生顏色失真影響條紋檢測精度，需要進(jìn)行顏色校正。為此，本文基于自然光環(huán)境下對投影儀和攝像機(jī)進(jìn)行顏色標(biāo)定，用獲得的硬件顏色標(biāo)定矩陣校正所拍攝的彩色條紋圖像，以消除圖像各彩色分量之間的影響?；跉w一化彩色模型l1l2l3空間實(shí)現(xiàn)彩色條紋圖像歸一化，

5、以消除環(huán)境光強(qiáng)度、拍攝角度及空間物體幾何形狀等因素影響，從而提高彩色條紋邊緣和中心亞像素的檢測精度。
　　 采用3dmax軟件仿真投影儀、攝像機(jī)、被測物和被測環(huán)境，所獲得的仿真編碼圖像利用Matlab軟件根據(jù)給出的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型重構(gòu)被測物表面。針對不同仿真三維物面進(jìn)行了顏色格雷碼中心編解碼和條紋分隔顏色格雷碼編解碼方法的對比實(shí)驗(yàn)。
　　 基于條紋分隔顏色格雷碼編碼方法組建實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計，采用線性標(biāo)定法標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝