基于自適應結構光投影的三維測量系統(tǒng)研究.pdf

1、結構光投影三維測量技術因表面非接觸，大視場，實時性、高精度的優(yōu)點而廣泛應用于逆向工程、工業(yè)零件缺陷檢測、生物醫(yī)學、虛擬現(xiàn)實、人臉識別等領域。近些年來，傳統(tǒng)的三維測量技術已日趨成熟。隨著科學技術的發(fā)展，人們也對傳統(tǒng)技術提出了更高的要求，例如解決投影的非線性問題，相位展開問題等等。本文詳細的介紹了結構光投影三維的原理，基于相位測量輪廓術，重點對三維測量的非線性問題，包裹相位自適應展開問題做了深入研究。本文的研究內容包括四個方面:
　　

2、1)基于離焦二元編碼結構光三維測量原理及其性質，結合相移法，發(fā)現(xiàn)了Floyd-Steinberg Dithering算法的誤差擴散不對稱性將使正弦結構光圖案的二值圖案失對稱性，對相移法將產(chǎn)生相位平移的影響。使用平行于條紋方向掃描的Floyd-SteinbergDithering算法將使離焦結構光圖案在不同離焦狀態(tài)、不同相移步數(shù)情況下的相位提取結果更加一致、誤差更小。數(shù)值仿真和實驗測試結果都證明了這一結論。
　　2)針對基于傳統(tǒng)鄰域

3、分析法的相移法不適合測量階躍場景，且往往會造成相位誤差累加的問題，本文提出了兩種用于獲取絕對相位的對稱式和非對稱式二元階梯相位編碼方法。通過投影多幀二元編碼圖案獲得階梯相位。針對不同頻率的正弦條紋，可以選擇不同相移步數(shù)的編碼方法，實現(xiàn)二元結構光頻率的自適應投影和包裹相位展開。測量時，基于傳統(tǒng)正弦條紋和相移法獲得包裹相位，根據(jù)階梯相位確定對應條紋級次，直接進行相位展開。實驗證明兩種方法均能夠有效還原階躍場景，實現(xiàn)三維重構。
　　3)

4、針對新提出來的兩種二元結構光編碼方法對高頻包裹相位進行相位展開需要投影大量編碼圖像的問題，對兩種方法進行了改進研究，新提出來一種改進型二元結構光編碼方法，該方法只需投影三幅結構光圖像便能解析更高頻率的包裹相位，且針對不同頻率的正弦條紋，可以實現(xiàn)自適應頻率的二元編碼。實驗證明了該方法的有效性。
　　4)基于OpenCV和Matlab的標定模塊，在光學平臺上搭建了實驗系統(tǒng)，對單目相機進行了標定，求出了相機的內外參數(shù)，并對拍攝的圖像進行