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复杂较大物体高精度三维测量方法的研究

杨杰  
【摘要】:三维测量方法是现代制造业的关键基础方法之一,是集光、机、电和计算机技术于一体的高新方法,它为产品制造提供必需的三维数据,在现代无损检测中有着非常重要的意义。条纹投影轮廓术具有非接触、全场测量、测量速度快和易于信息处理等优点,成为一种发展潜力巨大的结构光三维测量方法。对基于条纹投影轮廓术的复杂较大物体的高精度三维测量的研究具有重要的科学意义和广泛的应用前景,可以让条纹投影轮廓术直接测量中型和大型复杂物体的三维轮廓成为可能,也能为大、中型复杂物体的数字制造、逆向工程和虚拟制造提供数据支持。传统的条纹投影轮廓术大多都采用相交轴测量系统,可该测量系统对复杂较大物体进行三维测量时,会带来以下问题。第一,由于投影仪倾斜投影,参考平面上的光栅条纹会产生周期展宽,被测物体越大,条纹周期展宽带来的测量误差就越大。第二,对复杂较大物体的三维测量需要较大的测量范围,随着测量范围增加,CCD相机的镜头畸变更严重,降低了测量精度。因此,迫切需要对条纹周期展宽和镜头畸变问题进行深入研究。1为解决条纹周期展宽问题,本文建立了基于条纹周期校正的时间相位展开法的理论模型。建立投影仪平面和参考平面之间的模型,利用该模型在投影仪上生成条纹周期非均匀的正弦条纹,可在参考平面上获得具有条纹周期校正效果的正弦条纹图,实现条纹周期展宽的校正。把这种具有条纹周期校正功能的正弦条纹融合到时间相位展开法中去,获得了具有条纹周期校正效果的时间相位展开法,可实现复杂较大物体的高精度三维测量。2为了对CCD镜头畸变进行校正,本文建立了基于牛顿迭代法的镜头畸变校正模型。本文在CCD相机标定的基础上,利用牛顿迭代法和镜头畸变校正模型对镜头畸变进行校正,校正效果良好,提高了测量精度。本文实验结果表明:本文提出的基于条纹周期校正的时间相位展开法,可以有效地对条纹的周期展宽进行校正,提高了测量精度;基于牛顿迭代法的镜头畸变校正方法,可以有效的对CCD相机镜头畸变进行校正,实现了复杂较大物体的高精度三维形貌测量。


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