基于格雷码与相移结合的双目立体视觉测量研究

论文摘要

随着数字投影技术和计算机视觉理论的快速发展,基于数字投影的双目立体视觉测量已成为三维视觉测量的一个重要方面,在反求工程中具有广泛的应用前景,特别是在长度超过1m的大型构件测量中。基于格雷码和相移结合的双目立体视觉测量利用数字投影仪投射格雷码和正弦相移光珊于物体表面,通过解码解相获取物体表面像素的格雷码值和相位值,利用格雷码值和相位值进行立体匹配获得视差,最终利用视差原理获得物体三维坐标。其测量过程,可以分为摄像机标定、立体匹配和三维重建三个方面。本论文分别对这三个方面进行了研究。首先,研究了摄像机立体标定和立体校正原理,开发了摄像机立体标定模块,并验证了该模块的可行性。其次,重点研究了立体匹配,对影响基于格雷码与相移结合的双目立体视觉测量立体匹配精度的关键因素分别进行了研究。一、研究了正弦光栅的生成,对光栅生成中各个参数进行了实验研究,获得了光栅生成的最佳参数,并在此基础上采取了多次取均值的方法,有效的去除了噪声。二、研究了格雷码与相位的周期校正,提出最大概率校正法,获得了较好的校正效果。三、研究了匹配算法,引入动态规划法、贪婪算法获得了较好的匹配结果,但耗时较多,为此进一步提出两步法匹配算法实现了高效、高质量的匹配。最后,研究了三维重建,开发了三维重建模块,完成了三维点云模型的重建。将测量系统用于具体实例测量,所得测量结果与三坐标测量仪的测量结果相近,说明了该测量系统的精确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于数字投影的双目立体视觉测量
• 1.2.1 基于数字投影的双目立体视觉测量简介
• 1.2.2 数字投影图案编码方法概述
• 1.2.3 基于数字投影的双目立体视觉测量国内外研究现状
• 1.3 本课题的选题背景及研究内容
• 1.3.1 选题背景
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 基于格雷码与相移结合的双目立体视觉测量原理
• 2.1 基于视差的三角测量原理
• 2.2 格雷码图像编码解码原理
• 2.2.1 格雷码编码
• 2.2.2 格雷码图像解码
• 2.3 相移法求解正弦光栅相位
• 2.3.1 四步相移法求解相位
• 2.3.2 格雷码加相移的相位求解
• 2.4 基于格雷码与相移结合的双目立体视觉测量匹配原则
• 2.4.1 双目立体视觉匹配约束
• 2.4.2 基于格雷码与相位的匹配原则
• 2.5 本章小结
• 第3章 测量系统的软硬件开发
• 3.1 系统硬件设计
• 3.1.1 系统硬件设备选择
• 3.1.2 系统硬件平台搭建
• 3.2 系统软件设计
• 3.2.1 软件开发平台及开发语言选择
• 3.2.2 软件总体设计及主要模块实现
• 3.2.3 系统测量软件概述
• 3.3 本章小结
• 第4章 摄像机立体标定
• 4.1 摄像机标定
• 4.1.1 摄像机成像模型
• 4.1.2 摄像机镜头畸变模型
• 4.1.3 摄像机标定
• 4.1.4 摄像机立体标定及立体校正
• 4.2 标定实例
• 4.3 本章小结
• 第5章 立体匹配研究
• 5.1 正弦光栅生成研究
• 5.1.1 高精度正弦时域相移光栅的生成原理
• 5.1.2 参数选择
• 5.1.3 降低随机噪声影响
• 5.2 格雷码周期与相位周期的周期校正研究
• 5.2.1 传统校正方法介绍
• 5.2.2 最大概率校正法
• 5.3 匹配算法研究
• 5.3.1 动态规划找匹配
• 5.3.2 贪婪法找匹配
• 5.3.3 两步法找匹配
• 5.4 本章小结
• 第6章 三维重建实例与精度评价
• 6.1 测量系统的参数
• 6.2 测量实例及精度评价
• 6.2.1 测量实例
• 6.2.2 精度评价
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本论文研究工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文