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结构光投影三维测量方法的研究

吴艳  
【摘要】:三维测量在工业、虚拟现实、文化遗产保护、服装制作以及医疗诊断等领域的应用已经相当广泛。目前提出的三维测量方法中,相位测量轮廓术存在由于相移不准以及光场的非正弦性都能够产生测量误差的问题,因此测量时就需要引入精度比较高的相移装置以及标准的正弦光栅。傅里叶变换轮廓术虽然具有更高的灵敏度,但在保证各级频谱之间不会混叠的情况下限制了测量范围。编码法存在空间邻域内特征点的影响,所以编码图像的识别及解码比较困难,并且使得系统的测量误差增大,也存有分辨率低以及受到景物表面反射率不相同和颜色的影响等缺点。 本文在分析现有的三维测量方法之后,提出了一种基于面结构光投影的非接触快速三维测量的方法。测量原理就是先在目标物体的表面投影面结构光,再在和投影光轴成一定角度的方向通过成像系统获取到因为物体高度变化而发生变形的图像。通过有被测物体时的变形图像与未放置物体时的图像之间的坐标变化,求得被测物体各点的高度,确定物体表面的三维坐标,从而实现物体的三维轮廓测量。 研究工作主要包括以下几个方面: (1)介绍了所提出测量方法的基本原理,推导出了当结构光投影到被测物体表面时物点坐标、像点坐标以及结构光坐标之间的关系,给出了计算被测物体轮廓三维坐标的公式,据此可以构建物体的三维轮廓。同时给出了数值模拟算例。 (2)介绍了所建立的投影仪-相机实验系统,通过数码照相机获取无物体时结构光投影的网格图图像以及投影到被测物体时网格图的变形图像,依据图像的像素值求得被测物体的三维坐标数据,通过系统编程重建物体三维轮廓,得到了比较满意的效果。实验装置简单,实时性好。


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