基于颜色编码的三维测量系统的研究

【摘要】： 传统机器视觉把三维景物投影成二维图像，损失了深度信息，由此重构三维景物是不唯一的。深度图像的出现对视觉信息处理产生了变革性的影响，它使得视觉概念进入三维非接触测量领域。 本文研究一种基于颜色编码的三维测量系统。该系统采用白色点光源，经过照明系统、投影系统均匀照射到波长线性变化的滤光片上，从滤光片透射出的彩色光条投射到白色物体上，经过物体形状的调制，由摄像机摄取变形的颜色图案，它具有三维深度信息。通过图像采集卡，将摄取的图像输入计算机。提取图像像素的r、g、b值，找出与之相对应的波长，通过解码得出光平面的投影角，再经过深度与投影角间数学模型获得景物的深度图像。本文对基于颜色编码的三维测量系统进行了理论分析和计算机仿真，主要工作如下： 1．在讨论编码结构光三维深度映射技术的基础上，采用颜色编码技术，即利用光平面光线的颜色(波长)对投影角进行编码。建立投影角与物点三维坐标间的数学模型。 2．根据系统主要设计指标，对系统参数进行优化设计，并给出各误差源的限定值。 3．进行光学照明和投影系统设计。 4．针对斜面及三维曲面等典型三维面形进行了计算机仿真，仿真结果证明了该方法的可行性。 该三维测量系统采用的颜色编码方法，能以摄像机帧频速度采集全帧深度图像数据，具有高速、高效、高分辩力等的优点，为实现快速三维视觉和基于视觉的实时三维非接触测量提供了新的方法和理论依据，对促进视觉信息技术发展、特别是视觉在工程中的应用具有重要作用。