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多传感器光学三维脚型测量系统的研究

徐利华  
【摘要】: 光学三维面形测量在工业测量、机器视觉、逆向工程、实物仿形、制鞋服装设计、生物医学等领域具有重要意义和广阔应用前景。面向特定个体消费群体的量身制衣和量脚制鞋是光学三维面形测量的一个典型应用。光学三维脚形测量,一方面作为光学三维传感技术的应用实例具有重要的应用前景,另一方面又涉及光学三维传感的关键技术,包括多传感器测量系统的设计、多传感器系统自校准方法、三维数据的配准和融合以及三维建模等,在技术上具有更普遍的意义和价值。 本文研究了采用多个激光线结构光传感器的三维脚形测量系统,提出了系统校准模块的设计,研究了多传感器校准方法,多传感器数据的配准和融合以及三维建模。完成三维脚形测量系统硬件和软件的研制。主要研究内容和取得的成果如下: 1:首次提出了三光源光路系统的结构参数校准模块的设计、分析和处理。其中校准模块包含了三个相互垂直的倾斜平面。在对每一个倾斜平面进行测量以后,根据测量结果可以获得两个坐标校准查找表,这两个坐标查找表可以将CCD像面坐标(2D)映射到世界坐标(3D)。这一方法可以实现三个光路的空间几何参数校准的并行处理,大大加快了校准过程。也通过合理的设计三个光路各自的系统结构参数,再结合单斜面的高度数据查找表的方法,可大大提高系统的处理效率。 2:提出多个激光线结构光传感器的三维脚形测量系统设计方案,完成了对于三维鞋楦和脚型三维面形测量的硬件和软件系统的实现。对于刚性物体和柔性物体测量的方法都进行了相应的实现。 3:首次提出了基于单斜面的高度数据查找表的新方法。这一方法对于快 四川大学博士学位论文 速获取空间几何参数校准系统具有很高的效率,并且实现也较为方便,降低 了对模块本身的精度加工的要求。 4:实现了3个激光线结构光传感器的数据配准和数据融合,得到可用于 制鞋CAD和制植CAD的脚形和植形数据。


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