微小物體光柵投影三維測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微小物體三維精密測(cè)量技術(shù)在機(jī)械、電子、生物、材料的微型化變革中起到重要作用?；诠鈻磐队暗娜S測(cè)量方法作為非接觸測(cè)量方法的主要代表，由于其測(cè)量精度高、速度快受到廣泛的關(guān)注和研究。本文基于光柵投影三維測(cè)量技術(shù)搭建了微小物體測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行三維重構(gòu)研究，重點(diǎn)探究了測(cè)量過(guò)程中遠(yuǎn)心鏡頭的標(biāo)定、高動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量方法相位求解、相位展開(kāi)等關(guān)鍵技術(shù)并提出了新的算法思路。本文研究的主要內(nèi)容和成果如下:
　　1.針對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)定方法無(wú)法適用于遠(yuǎn)心鏡頭的問(wèn)題，提

2、出了一種基于一般成像模型的標(biāo)定方法。利用標(biāo)定板在任意方向上移動(dòng)、圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)的三個(gè)姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定，解決了一般成像模型變量多的問(wèn)題，并且不需要借助精密位移裝置，簡(jiǎn)化了整個(gè)標(biāo)定過(guò)程。為了提高標(biāo)定精度，在初次獲得標(biāo)定參數(shù)后，利用LM(Levenberg-Marquardt)算法調(diào)整標(biāo)定參數(shù)，減少利用空間交匯法獲得的三維坐標(biāo)和真實(shí)坐標(biāo)之間的差距，最終得到優(yōu)化后的標(biāo)定參數(shù)。與此同時(shí)，本文利用自卷積盲去模糊的方法解決遠(yuǎn)心鏡頭景深小導(dǎo)致的離焦問(wèn)題，提

3、高了攝像機(jī)的標(biāo)定精度。
　　2.針對(duì)物體表面反射率變化范圍過(guò)大引起的相位質(zhì)量問(wèn)題，提出了一種基于多重曝光的高動(dòng)態(tài)范圍(High Dynamic Range，HDR)光柵投影三維測(cè)量方法。首先針對(duì)不同被測(cè)物體找到其所需的曝光時(shí)間范圍。然后在得到的曝光時(shí)間范圍內(nèi)獲取相機(jī)在不同曝光時(shí)間下的多組相移光柵。傳統(tǒng)的多重曝光方法通過(guò)多組相移光柵重新生成一組高動(dòng)態(tài)范圍的相移圖從而解得較好的主值相位，并沒(méi)有考慮相位展開(kāi)問(wèn)題。事實(shí)上，亮暗區(qū)域?qū)鹘y(tǒng)灰

4、階碼的方法依舊存在影響，因此本文所提出的多重曝光測(cè)量方法對(duì)多組展開(kāi)相位進(jìn)行融合，從而得到完整連續(xù)的相位信息。同時(shí)針對(duì)相位展開(kāi)中灰階碼存在的問(wèn)題，本文提出了三步法矯正灰階碼，實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠有效地提高相位質(zhì)量。
　　3.基于上述對(duì)測(cè)量過(guò)程中不同環(huán)節(jié)的算法研究，本文搭建了微小物體測(cè)量系統(tǒng)。硬件設(shè)備搭建和配套軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)均自主實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)上，本文進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以獲得23.7mm×17.78mm視場(chǎng)下微小物體高質(zhì)量