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基于改进型彩色复合条纹的三维轮廓快速测量

刘大海  
【摘要】:光学三维测量技术在虚拟现实、工业自动检测、生物医学、文物复制、艺术雕塑和人脸识别等领域得到广泛的研究和应用。结构光测量技术具有非接触性、无损耗、高灵敏度、高测量精度、自动化程度高等优点而得到快速发展和深入研究。由于传统的三维测量技术已经发展较为成熟,近年来随着采集设备、投影设备、高速处理器的性能的提升,快速、实时和高分辨率的三维测量系统陆续被研发出来,当然其中还是有许多方面可以值得改进和完善。 本文采用彩色复合条纹投影技术,在彩色图像RGB三通道实现不同的条纹编码方式,从而可通过采集一帧彩色变形条纹图分离出三幅灰度条纹信息的图像,而如何处理和利用这三幅灰度图像成为快速三维测量的关键。本文就是基于此提出了改进方案,其改进研究为: (1)针对傅里叶变换轮廓术中频谱混叠问题所带来的限制测量精度和高度的问题,本文提出了一种基于强度调制的新型抑制零频的方法,并结合双色正弦条纹投影技术,快速有效地消除了变形条纹的零频分量,实验证明该方法处理速度快。 (2)在采用彩色复合条纹投影的相位轮廓测量术中,由于存在颜色耦合和颜色失衡现象,使得分离出的三通道灰度信息不能直接用于相位解调,为此,利用本文提出的强度调制法进行调整,使三幅灰度图像的背景光强和对比度达到基本平衡或一致,实验证明此法的有效性,非常适合于快速三维测量。 (3)利用OpenCV的标定函数,设计摄像机的标定流程,快速有效的求解出摄像机内参数和畸变参数,有效修正了图像的畸变。 (4)针对投影系统带来的非正弦性问题,提出了新的解决思路,就是在测量Gamma值之前,排除了其他因素(主要如强度值、对比度系数)的影响,然后利用傅里叶变换观察其频谱分布的方法自动搜寻出最佳Gamma值。


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