三维扫描仪中三维信息获取理论与技术研究

【摘要】：三维信息获取技术在许多领域有重要的应用,是当前信息科学研究的一个重要热点。在本论文中,作者以三维扫描仪研制为背景,研究三维信息获取的理论和技术,并作为主要研究者之一开发了非对称双相机结构光三维扫描系统,进行了多方面的应用研究和实验,取得了一些有意义的成果。 本文首先对现有的三维信息获取方法进行了总结和分类,分析了这些方法的优点和缺陷,指出了当前该领域亟待解决的问题及研究的热点。 在介绍相机模型的基础上,给出了两种结构光三维信息获取的算法。提出了基于平面约束的 DLT 模型,给出了该模型的定标算法和相应的实验结果。 对结构光系统的测量盲区问题进行了深入研究。对盲区的成因进行了分析和归类。通过分析指出,盲区的形成与结构光测量单元的参数、测量单元与物体的相对位置以及物体的几何外形有密切关系。给出了系统有效视场的判据,提出了绝对盲区的定义和判据。在深入分析盲区成因的基础上,提出了解决盲区的方案,指出通过改变结构光测量单元的参数、增加视点或结构光源,可以有效地改善遮挡的情况,而通过结构光测量单元的多自由度运动、多方位扫描,可以解决大部分盲区问题。分析了双相机系统中两相机图像的对应关系,提出了相应的定标算法。实验结果证明了这些分析和算法的正确性和有效性。 在总结前人工作的基础上,从系统的角度,对三维信息获取系统的误差来源、成因以及误差传递进行了详细地分析。以结构光旋转扫描系统为例,分析了采样量化误差对系统的影响,提出了系统有效量程、深度方向像素分辨率的计算公式。研究了结构光旋转扫描系统中的偏心误差问题,提出了误差模型、偏心参数定标算法和误差校正算法,实验结果证明了这些模型和算法的正确性。分析了结构光条纹定位误差对结果的影响,指出了影响结构光条纹准确定位的原因。在这些分析的基础上,提出了减少系统误差的有效方案。 介绍了信息融合的基本理论和方法,指出了信息融合对于三维信息获取系统的重要意义。对系统中多源信息进行了分析。提出了基于多方法融合的特殊反射区域三维信息获取方案,基于多方位信息融合的色彩信息获取方法,介绍了双相机信息融合方案。实验结果表明,这些方法能有效地克服传统结构光方法的一些