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基于结构光的三维形貌测量方法研究

张智伶  
【摘要】: 随着现代检测技术的进步,三维测量技术逐步成为人们的研究重点,特别是随着激光技术、计算机技术,以及图像处理技术等高新技术的发展,使得光学式非接触三维测量技术成为可能并得到广泛的应用,其中以结构光投影为代表的三维形貌光学测量技术被认为是最具有发展前途的三维形貌测量方法。本文研究的光学三维测量系统可进一步扩展三维光学测量仪器的测量应用,具有一定的实用意义和明显的学术意义和社会价值。 本论文第二章阐述飞行时间法、莫尔条纹法、相移法、傅里叶变法、空间位相检测发、调制度测量法等光栅投影三维形貌测量原理,对几种不同方法进行了比较。第三章主要介绍了图像采集系统结构和图像预处理方法的基本知识,介绍了结构光三维测量系统图像采集的硬件设计和软件开发流程,从空域处理和频域处理两个方面分析了图像的预处理方法的效果。第四章给出了一种光栅衍射条纹法,该方法同时适用于小场景和大场景的三维形貌测量。通过实验证明,使用光栅衍射条纹法对平面的倾斜角度进行测量的方法可行、实用。第五章介绍了基于光栅投影的三维形貌测量系统的硬件设计和软件设计、测量对象系统参数设计,以及图像采集、处理和分析的整个过程,给出了根据图像进行物体三维形貌恢复的初步结果。最后对整个测量过程中的误差来源进行了分析。 本论文主要有以下创新点: 1.使用光栅衍射条纹法对平面倾斜角度进行测量,拓宽了非接触式测量领域的应用范围,尤其适用于工业测量应用,具有测量精度高和实用价值突出等特点。 2.系统测量需要的结构光产生与图像采集、分析的一体化控制设计达到测量系统结构简单,操作简便、小型化且低成本的目的,同时提高了测量系统的可靠性。 3.使用傅立叶变换技术进行物体三维尺度的数据处理计算,这种处理方法可进一步提高测量精度,为仪器的有效使用奠定了基础。


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