彩色编码实现动态物体的三维重构

论文摘要

人们观察到的是一个三维的世界,但是图像采集设备只能记录二维图像,丢失了物体的深度信息。三维测量技术是一种从二维图像恢复出物体的三维信息的技术,在工业生产、医疗诊断、逆向工程等领域中有着越来越突出的作用,成为了国内外学者的研究热点。随着应用领域的需求增加以及计算机技术的发展,三维测量技术也取得了突飞猛进的进步。其中,彩色编码技术是最常用的三维测量技术之一,该方法测量速度快、精度高,现在已成为了三维测量领域内的研究热点。本文重点研究了彩色编码法的三维轮廓测量技术。主要内容包括以下几点：首先,简单介绍了各类三维重构技术方法的基本原理以及实现过程,并简单介绍了三维轮廓测量技术的发展现状以及发展趋势。围绕彩色编码方法来展开讨论,对各种彩色编码方法进行了研究与分析,其中包括时间编码与空间编码。另外,针对动态物体三维轮廓测量的需求,详细介绍了彩色空间编码的知识。其次,重点研究了动态物体的三维轮廓重构技术,并构造了一套彩色空间编码方案。该方法可以利用单幅图像实现物体的三维重构,采用红(R)、绿(G)、蓝(B)、黄(Y)四种颜色生成投影条纹,每组条纹含两条彩色条纹,彩色条纹组之间用白色条纹区分,同一组里条纹颜色无重复。得到畸变条纹图之后对其进行滤波等一系列预处理,然后对其编解码、插值等处理,最后通过其与参考条纹的差值可以得出物体的高度信息。另外该方法采用三基色及其补色作为彩色条纹,在最大程度上保证了颜色区分的正确执行,并且采用一种动态区分颜色的方法,即根据同一像素点三通道分量之间的关系来判断该颜色,有效地避免了因物体表面颜色和外界环境的干扰造成的识别错误。最后,进行了两项动态物体的三维轮廓测量的实验,并且给出了具体的实验结果,同时加以讨论,验证了本文所提出的空间编码方法的可行性与正确性。文中展示了折纸和手背两组实验的三维重构结果,并且进行了误差分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 三维轮廓重构技术的研究
• 1.2.1 三维轮廓重构技术的简介
• 1.2.2 三维轮廓重构技术的应用
• 1.2.3 三维轮廓重构技术的发展趋势
• 1.3 结构光法三维轮廓测量技术的研究
• 1.3.1 结构光法三维轮廓测量技术的分类
• 1.3.2 结构光法三维轮廓测量技术的发展现状
• 1.4 测量动态物体的三维轮廓技术的研究
• 1.5 本课题的研究内容及安排
• 2 彩色编码的原理
• 2.1 彩色编码技术
• 2.2 彩色编码技术的分类
• 2.2.1 时间编码与空间编码
• 2.2.2 一维编码与二维编码
• 3 动态物体的三维轮廓重构
• 3.1 三维轮廓重构的原理及数学建模
• 3.2 彩色编码的设计
• 3.2.1 颜色的选取
• 3.2.2 条纹编解码
• 3.2.3 颜色识别
• 3.2.4 特殊情况的处理
• 3.3 解码图像的处理
• 3.3.1 滤波
• 3.3.2 插值
• 3.3.3 纹理映射
• 4 三维轮廓测量系统的组成
• 4.1 系统的组成
• 4.2 系统的标定
• 4.2.1 系统结构的标定
• 4.2.2 实验设备参数的标定
• 5 动态物体的三维轮廓测量实验
• 5.1 实验设备
• 5.2 动态物体的三维重构实验以及结果分析
• 5.2.1 运动过程中的手背的三维重构实验
• 5.2.2 运动折纸的三维轮廓重构
• 5.2.3 实验结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢