基于彩色条纹结构光的三维重建方法研究

论文摘要

三维重建是计算机视觉的主要目的和计算机辅助设计的核心问题。在各种建模和重建技术中,结构光技术以其简单、非接触、测量范围大、精度高的特点,获得了广泛的应用。本文研究了一种基于彩色条纹结构光的三维物体重建方法。主要工作包括彩色条纹的编码、颜色区分算法、边缘提取和解码算法、摄像机和投影仪标定方法、三维信息计算和三维重建方法。首先,研究了彩色条纹的编码。提出了利用RGB颜色立方体八个顶点值对彩色条纹进行编码的方法,所采用的特定编码顺序保证了各条纹编码的唯一性,有利于后续的解码处理。设计了一种新的边缘提取方法,对彩色图像中R、G、B三个通道分别提取边缘,再将结果进行合并处理获得图像的边缘信息。实验效果表明此方法可以得到较完整准确的边缘。第二,研究了将颜色信息从RGB空间转换到HSI空间中,实现对颜色区分的算法,以去除亮度不均的影响。提出了一种结合阈值和HSI空间的分色算法,利用阈值完成对于黑色和白色的识别,在HSI空间对彩色信息进行区分,实现对于彩色编码中使用的八种颜色的区分。提出了一种基于条纹颜色的解码算法,解决了物体表面不连续时的解码问题。实验结果表明,分色和解码算法可以实现较好的分色效果和准确的解码。第三,研究了使用标准板对摄像机进行标定的方法。利用标准板上标志点中心的空间坐标和图像坐标获得最优的摄像机投影矩阵。基于摄像机的投影矩阵和标准板平面方程完成了投影仪的标定。最后,研究了通过摄像机和投影仪的标定参数计算物体表面三维信息的方法。研究样条插值运算的算法并利用样条插值实现对物体表面的三维重建。通过实验证明了文中提出方法的有效性与先进性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 结构光系统的组成与测量原理
• 1.3.1 系统硬件组成
• 1.3.2 三角测量原理
• 1.4 结构光系统中的关键技术
• 1.4.1 结构光投影图案的设计
• 1.4.2 结构光系统的标定
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 投影图案设计与图像处理方法研究
• 2.1 投影图案设计
• 2.1.1 投影图案的选择
• 2.1.2 彩色条纹样式的设计
• 2.2 图像平滑滤波处理
• 2.3 边缘信息提取与处理
• 2.3.1 边缘提取方法
• 2.3.2 边缘信息合并
• 2.4 实验结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 颜色分化与解码处理方法研究
• 3.1 基于阈值的分色处理
• 3.2 HSI空间分色
• 3.2.1 HSI空间
• 3.2.2 RGB空间向HSI空间转换
• 3.2.3 单色信息的处理
• 3.3 边缘解码处理
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 分色实验结果及分析
• 3.4.2 边缘解码实验结果和分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统标定方法研究
• 4.1 坐标系
• 4.1.1 图像坐标系
• 4.1.2 成像平面坐标系
• 4.1.3 摄像机坐标系
• 4.1.4 世界坐标系
• 4.2 摄像机标定
• 4.2.1 摄像机模型
• 4.2.2 摄像机参数标定
• 4.3 投影仪标定
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 摄像机标定结果分析
• 4.4.2 投影仪标定结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 三维重建方法研究
• 5.1 三维信息计算
• 5.2 深度信息插值计算
• 5.2.1 线性插值方法
• 5.2.2 三次样条插值
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 三维信息计算结果
• 5.3.2 样条插值运算结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介