面結(jié)構(gòu)光三維系統(tǒng)相位測(cè)量精度研究.pdf

1、隨著光學(xué)三維傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其精度要求也日益變得苛刻。面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)以其高速、高精度、非接觸等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，它是一種主動(dòng)的非相干光學(xué)三維傳感技術(shù)。面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)是通過(guò)向物體投射面結(jié)構(gòu)光，然后獲取被待測(cè)物體表面三維面形調(diào)制后的圖像，解調(diào)出待測(cè)物體的相位信息，最后通過(guò)相位與高度關(guān)系可以得到物體表面的三維形貌數(shù)據(jù)。相位測(cè)量的精度直接影響物體重建面形的測(cè)量精度，因此相位精度問(wèn)題是面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，是研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)

2、。本文主要圍繞相位測(cè)量輪廓術(shù)與相位測(cè)量偏折術(shù)的高精度測(cè)量展開(kāi)研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1.面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)相位精度影響因素分析；
　　闡述了相位測(cè)量輪廓術(shù)與相位測(cè)量偏折術(shù)這兩種測(cè)量技術(shù)的基本原理、相位解調(diào)算法、相位展開(kāi)算法以及高度重建算法等，分析了面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量相位測(cè)量精度的影響因素，主要包括：相位解調(diào)算法與相位展開(kāi)算法等導(dǎo)致的噪聲問(wèn)題、系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲、由于相位測(cè)量輪廓術(shù)系統(tǒng)中其他點(diǎn)的鏡面分量引起的多次反射問(wèn)

3、題、系統(tǒng)非線(xiàn)性Gamma效應(yīng)引起的相位非線(xiàn)性誤差等。這些因素將導(dǎo)致相位測(cè)量不準(zhǔn)確，降低測(cè)量精度。
　　2.面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量中多次反射消除方法的研究分析；
　　研究分析了相位測(cè)量輪廓術(shù)中存在的多次反射問(wèn)題。首先分析了相位測(cè)量輪廓術(shù)中多次反射問(wèn)題存在的原因與影響，采用基于高頻編碼正弦條紋的方法，將相位誤差降低了1.3倍，減小了相位測(cè)量輪廓術(shù)測(cè)量系統(tǒng)中多次反射對(duì)相位的影響，提高了相位測(cè)量精度。
　　3.面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量中非線(xiàn)

4、性誤差的消除；
　　本文著重闡述了系統(tǒng)非線(xiàn)性Gamma效應(yīng)對(duì)相位測(cè)量精度的影響，并分析比較了相位測(cè)量輪廓術(shù)與相位測(cè)量偏折術(shù)中非線(xiàn)性的差異。分析了預(yù)先畸變條紋補(bǔ)償法與基于三次樣條插值的光強(qiáng)補(bǔ)償法兩種方法，基于此提出一種基于線(xiàn)性擬合的相位誤差補(bǔ)償方法。通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，證明了該方法的有效性與可靠性，該方法將非線(xiàn)性相位誤差降低了20倍。此外，本文還將幾種補(bǔ)償方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于三次樣條插值的光強(qiáng)補(bǔ)償法補(bǔ)償效果

5、最差，非線(xiàn)性相位誤差降低了5倍，本論文提出的方法補(bǔ)償效果最佳，大大降低了非線(xiàn)性相位誤差。
　　4.面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)中條紋質(zhì)量的研究分析。
　　面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量是從CCD相機(jī)采集到的變形條紋中解調(diào)出待測(cè)物體的相位信息，條紋質(zhì)量直接影響相位計(jì)算精度，研究分析了影響面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量的條紋質(zhì)量的因素。本文對(duì)條紋質(zhì)量的影響因素與關(guān)系進(jìn)行了探究分析，建立了條紋質(zhì)量分析模型，計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的可靠性與正確性。根據(jù)上述條紋質(zhì)