收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于无衍射光投影的三维形貌精密测量及应用

干江红  
【摘要】:物体三维形貌可提供丰富直观的信息,在现代生活和生产的众多领域存在巨大的潜在应用。近年来,随着数字投影设备、图像传感器及图像处理设备的发展,基于数字条纹投影的三维形貌测量技术得到广泛研究与应用,提供了物面形貌全场、大量程的测量手段。但是,物体形貌三维全场精密测量仍面临许多技术难题。现有的基于条纹投影的三维形貌测量技术由于投影设备精度,系统模型等限制,无法获得物体表面形貌的精密测量结果,不能满足精密测量和计量的要求。如何提高基于条纹投影的三维形貌测量范围、测量精度及适应性,是三维形貌测量的重要研究及发展方向。本文提出了一种三维形貌精密测量系统,其利用条纹对比度高,强度呈正弦分布的无衍射栅型结构光作为投影光源,并借助机器视觉相关技术,实现物体三维形貌精密测量。本文对提出的三维形貌精密测量系统中关键技术,包括栅型结构光条纹投影实现、摄像机标定、投影系统标定、条纹图像处理及形貌还原算法等,展开研究,并提出系统的潜在应用。 主要工作与创新点如下: 提出基于无衍射栅型结构光条纹投影的三维形貌精密测量模型,即根据摄像机针孔成像几何模型和投影光平面方程间的几何关系直接获得物体表面的空间坐标,该三维形貌还原模型不存在近似等效,保证了三维形貌还原精度。 提出利用双三角棱镜为主要光学元件实现无衍射栅型结构光的方法。利用几何光学分析了所产生的栅型结构光条纹的特性,包括条纹间距、强度分布、最大投影距离等;进一步利用衍射理论及数值仿真分析了基于双三角棱镜产生的栅型结构光的无衍射特性,并首次讨论了双三角棱镜的边缘孔径及棱脊衍射对产生的栅型结构光强度的影响。利用改进的马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉光路及488nm蓝光DPSS(Diode Pumped Solid Satae)激光器实现了投影视场大的类无衍射栅型结构光条纹投影,该波段的激光可使荧光素钠激发出黄绿色荧光,便于扩展应用。 研究并提出了基于摄像机针孔模型透视投影关系的小视场摄像机的精密标定方法,实现摄像机光心及工作范围内焦距的精确标定。提出了栅型结构光投影系统投影光平面方程与光平面相位关系的标定方法。对系统进行了实际标定实验,验证了所提标定方法的可靠性与准确性。 提出一种基于功率谱密度的无衍射栅型结构光条纹图像散斑抑制的算法。通过分析散斑噪声与载波条纹的功率谱密度分布,发现散斑噪声的功率谱密度分布比有用的载波条纹及物面变化的功率谱密度小的多,利用带有散斑噪声的物面条纹图像功率谱密度分布构建合适的滤波器,去除由于采用相干光照明引起的图像散斑,获得很好的散斑抑制结果。并利用条文强度散斑系数评估滤波效果。 条纹相位计算是采用傅里叶变换的方法,该方法只需一副条纹图像,适合于快速形貌测量。利用投影线结构光条纹为参考对投影栅型结构光条纹进行编码,并提出利用相位跳变点实现整体相位解包裹算法,可有效抑制由噪声引起的孤立相位跳变及累计误差。实际测量实验验证了算法的通用性与可靠性。 利用所提的三维形貌测量模型,结合所提相关关键技术进行了实际物体三维形貌测量,并与商用三维扫描设备测量结果进行比较,分析了相关测量误差。对涂有荧光素钠的物面进行了投影测量,根据获得荧光条纹图像进行了三维形貌还原,扩展了该系统的应用范围;并对滴有荧光素钠溶液的兔子角膜进行了三维形貌测量,获得很好的效果,为进一步生物医学应用打下基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;1985年南京邮电学院硕士学位研究生入学试题及题解[J];电子技术;1986年01期
2 陈伟;姚汉民;伍凡;范斌;吴时彬;陈强;;波前功率谱密度(PSD)测量滤波器的设计[J];光子学报;2006年01期
3 顾秉辉;孙锦华;金力军;;基于傅里叶变换的信道质量盲估计算法[J];电子科技;2006年04期
4 陈大志;王颖;张广军;;摄像机标定中栅格型标定点的亚像素提取的研究[J];光学技术;2006年01期
5 潘兵;谢惠民;李艳杰;;用于物体表面形貌和变形测量的三维数字图像相关方法[J];实验力学;2007年06期
6 彭翔,朱绍明,叶声华;含噪声及分割间断区的光学条纹图位相解码[J];中国激光;1997年04期
7 王蕴珊;刘延利;蒋丽丽;;图像处理中的相位提取技术研究[J];英才高职论坛;2009年01期
8 陈启兴,游志军,牟能文;UWB通信信号的频谱分析[J];电子科技大学学报;2005年04期
9 陈伟;姚汉民;伍凡;吴时彬;陈强;;用于大口径非球面的波前功率谱密度检测[J];光电工程;2006年03期
10 王光利;陈明杰;代晓红;;心肌缺血患者心率变异信号的现代谱分析法[J];压电与声光;2008年04期
11 姜三平;郝晓剑;;应用小波系数GSM统计模型的混合傅里叶-小波图像降噪[J];中国图象图形学报;2009年03期
12 李媛;曹全喜;;海洋电极电化学噪声分析[J];电子科技;2010年04期
13 陆旻琪,汪敏;UWB信号波形及功率谱密度的分析[J];上海大学学报(自然科学版);2005年04期
14 崔光照,曹祥红,王延峰,张勋才;生物信息学中的数字信号处理方法研究[J];科学技术与工程;2005年20期
15 刘红婕;景峰;左言磊;胡东霞;粟敬钦;彭志涛;周维;李强;张昆;;激光波前功率谱密度与焦斑旁瓣的关系[J];中国激光;2006年04期
16 马丰民;吴正国;李玉梅;;随机零矢量分配RPWM的实现及其功率谱分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2007年02期
17 周丽丹;粟敬钦;李平;刘兰琴;王文义;王方;莫磊;程文雍;张小民;;高功率固体激光装置光学元件“缺陷”分布的功率谱密度方法及等效求法[J];物理学报;2009年09期
18 张阿丽;;AR谱估计及其在气象资料分析中的应用[J];新疆气象;1991年08期
19 苏丽萍;赵卫疆;任德明;曲彦臣;胡孝勇;;气泡激光散射信号的频域处理方法[J];红外与激光工程;2008年S3期
20 张洪欣;吕英华;贺鹏飞;王野秋;王登伟;;一种基于脉冲压缩的UWB成形脉冲设计方法[J];北京邮电大学学报;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾元元;;大口径光学元件波前PSD[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
2 赵玲;季辰;刘子强;;太阳能飞机突风载荷响应分析[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
3 周福强;张书明;阎楚良;;某机型弹射座椅振动舒适性分析[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
4 韦晓;王君杰;袁万城;范立础;;桥梁抗震设计反应谱一致功率谱[A];中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十三届年会论文集(下册)[C];1998年
5 毛峡;孙赟;;和谐图案的自动生成研究[A];第一届中国情感计算及智能交互学术会议论文集[C];2003年
6 赵春年;;S带相位调制技术的分析与应用[A];中国雷达行业协会航空电子分会暨四川省电子学会航空航天专委会学术交流会论文集[C];2005年
7 王永平;陈彦江;付金科;;时间序列在桥面平整度谱分析中的应用[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1994年
8 贡晓飞;邹卫霞;周正;;基于天线的超宽带脉冲波形设计修正[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(上册)[C];2009年
9 董冰;俞信;张晓芳;王姗姗;;能动薄主镜波前校正的功率谱密度评价方法[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
10 姜弢;王学寰;崔振刚;;DS-UWB信号对窄带系统的干扰分析[A];2005年全国超宽带无线通信技术学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 干江红;基于无衍射光投影的三维形貌精密测量及应用[D];华中科技大学;2012年
2 韦争亮;基于彩色编码的结构光动态三维测量及重构技术研究[D];清华大学;2009年
3 宋丽梅;基于单幅实时测量图像三维形貌恢复的研究[D];天津大学;2004年
4 王涛;基于光栅投影模式的三维形貌快速测量系统的研究[D];天津大学;2010年
5 楚兴春;纳米光栅干涉位移测量关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2005年
6 付林;物体表面轮廓光学动态检测与特征识别[D];南京理工大学;2007年
7 赵萍;机器视觉测量方法及曲面重构技术研究[D];沈阳农业大学;2011年
8 单鹂娜;组合式时间编码结构光三维测量方法与技术[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 范剑英;结构光深度图像获取和处理与三维重建研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 关丛荣;条纹分隔颜色格雷码结构光三维测量技术研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭小龙;基于声光偏转器的三维数字成像技术研究[D];天津大学;2005年
2 吴双卿;光栅投影三维形貌测量技术的研究[D];西南交通大学;2005年
3 张虎;机器视觉中二维图像的三维重建[D];北方工业大学;2006年
4 王震;基于光栅投影的三维模型测量系统关键技术研究与实现[D];南京航空航天大学;2007年
5 陈展东;基于多投影的结构光三维重建技术的研究[D];长春理工大学;2011年
6 王晓华;基于双目视觉的三维重建技术研究[D];山东科技大学;2004年
7 胡凌山;移动机器人双目立体视觉技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 刘宁;基于双目立体视觉的手术导航空间点定位系统的研究[D];河南科技大学;2005年
9 唐志健;基于立体视觉的深度信息恢复技术研究[D];大庆石油学院;2006年
10 李鹏程;计算机立体视觉研究及其在宝石测量中的应用[D];吉林大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 小文;“好孩子”装扮准妈咪[N];中国服饰报;2007年
2 ;UWB[N];中国高新技术产业导报;2005年
3 郇公弟;阿迪达斯的“三条杠”霸业[N];人民日报;2008年
4 本报驻柏林记者 郇公弟;阿迪达斯在欧盟守住“三道杠”[N];经济参考报;2008年
5 记者 小鲁;《丙戌年》:执著就美[N];中国集邮报;2005年
6 王瑾、覃蔚峰;广西新石器时代考古获新发现[N];人民日报海外版;2003年
7 向畅;“北京蓝”何时变调[N];光明日报;2007年
8 本报记者 程亮;运动概念产品搭上奥运快车[N];人才市场报;2008年
9 李冰峰;时尚名牌撑起福泰隆男装天地[N];金华日报;2006年
10 苏兹·麦肯丝(冷慧玉 编译);冲出宝莱坞:印度时装业的国际梦[N];第一财经日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978