结构光三维测量系统中匹配与拼合技术研究

论文摘要

光学三维测量技术拥有大量程、大视场、非接触等其他测量技术不可比拟的特点,因此该技术被广泛应用于涉及物体三维表面轮廓形状测量的各个应用领域。其中基于结构光的三维测量技术以其测量精度高、速度快而成为倍受关注的三维测量方法之一。本文在现有结构光三维测量技术基础上,对基于相移原理的相移测量技术展开了较为全面的理论研究。在研究分析外差法原理的基础上,提出了基于外差法原理的相位展开方法,该方法具有计算简单、运行高效等特点。并利用该方法建立了三幅光栅图像的频率关系模型。系统地分析了影响结果精度的因素。针对这些因素,通过实验验证给出了相关改善方法。根据三维测量系统的实际需要,对多视角三维点云数据的拼合技术进行了研究,提出了一种基于参考点的拼合方法。首先采用参考点完成初步拼合,根据拼合精度要求,采用迭代最近点算法进行高精度拼合。在测量过程中只要能够保证公共区域中包含3个以上的非共线参考点,就能够实现点云数据的自动拼合,不需要人工干预。实验结果表明,本文所提出的方法具有较强的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 三维测量技术综述
• 1.2.1 接触式三维测量
• 1.2.2 非接触式三维测量
• 1.3 结构光三维测量技术研究
• 1.3.1 莫尔条纹法
• 1.3.2 投影条纹法
• 1.3.3 位相测量轮廓术中的热点和难点问题
• 1.4 本课题的研究意义及主要内容
• 第2章 三维测量系统的视觉模型
• 2.1 摄像机透视模型与视觉坐标系
• 2.1.1 图像坐标系与摄像机坐标系及世界坐标系
• 2.1.2 成像模型
• 2.2 双目立体视觉的测量原理
• 2.2.1 双目立体视觉三维测量原理
• 2.2.2 双目立体视觉中的基本约束条件
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于光栅投射的相移测量技术
• 3.1 相移测量技术的基本原理
• 3.1.1 相移测量系统结构
• 3.1.2 相移测量原理
• 3.2 相移测量中的相位求解
• 3.3 相位展开综述与分析
• 3.3.1 相位展开的意义
• 3.3.2 相位展开方法分析
• 3.4 基于外差法的三维测量技术
• 3.5 实验系统与实验结果
• 3.5.1 实验系统
• 3.5.2 实验结果与分析
• 本章小结
• 第4章 基于参考点的多视点云数据拼合
• 4.1 参考点形心提取
• 4.1.1 边界提取算子及其存在的问题
• 4.1.2 改进的区域识别算法
• 4.1.3 形心提取与三维坐标求解
• 4.2 参考点快速匹配及点云的拼合
• 4.2.1 点云数据拼合描述
• 4.2.2 参考点快速匹配算法
• 4.2.3 点云数据的拼合
• 4.2.4 基于迭代最近点的精准拼合
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历