基于三维重构彩色编码闪光投影系统

论文摘要

本论文来自国家自然科学基金项目--基于单幅二维图象不标定自适应三维场景重构技术与应用。近年来迅速发展的主动机器视觉非接触三维形貌测量技术,其中投影照明系统分为点结构光,线结构光和面结构光等照明方式,而前两种结构光必须使用扫描方式实现三维轮廓测量,使其系统结构复杂,速度较慢。本文结合视觉测量技术和投影技术,采用编码结构光主动视觉方法,研究一种彩色伪随机编码投影照明系统。系统利用照明系统照明彩色编码图案,通过投影物镜以一定倍率放大投射到空间场景上,对场景进行特征化,然后用数码相机拍摄的方法,根据拍摄的空间场景编码二维图像,对空间场景进行三维重构。本文重点对聚光镜头和投影镜头进行设计和优化。此外,为验证该系统的特征化效果,采用一套对影像特征点坐标进行提取的实验装置和一种对特征点进行坐标变换的数学方法,建立实验平台。根据实验结果,分析产生误差的原因,改进系统的整体性能。针对在特征化过程中,像差将严重影响三维重构的精度,提出一种编码板制作的方法,构建了新的投影系统,并通过实验对比,验证此种方法的正确性、可行性,从而优化整个系统。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 机器视觉在质量检测中的应用
• 1.1.1 基于机器视觉的仪表板总成智能集成测试系统
• 1.1.2 金属板表面自动控伤系统
• 1.1.3 汽车车身检测系统
• 1.2 问题的由来
• 1.3 投影仪的显示技术
• 1.3.1 CRT投影机
• 1.3.2 液晶（LCD）投影机
• 1.3.3 数码（DLP）投影机
• 1.4 课题来源
• 1.5 研究内容
• 第二章 投影系统的结构
• 2.1 闪光照明系统
• 2.1.1 电子闪光灯
• 2.1.2 低压闪光灯方案
• 2.2 投影系统光路结构分析
• 2.2.1 投影仪的组成
• 2.2.2 镜头的设计思想
• 2.3 伪随机彩色编码板
• 2.4 小结
• 第三章 光路系统的像差设计
• 3.1 镜头的三角计算原理
• 3.2 透镜式照明系统的设计方法
• 3.2.1 根据光束的最大偏转角选定照明系统的型式
• 3.2.2 偏转角的分配
• 3.2.3 用作图法确定初始结构
• 3.2.4 像差验算与最终结构的确定
• 3.3 投影物镜的设计
• 3.3.1 玻璃材料的确定
• 3.3.2 结构参数的选择
• 3.3.3 初始半部物镜系统的确定
• 3.3.4 半部物镜系统的确定
• 3.3.5 全系统的合成
• 3.4 小结
• 第四章 实验平台的搭建及实验分析
• 4.1 投影系统的组建
• 4.1.1 组成部分的加工
• 4.1.2 机械部分的设计
• 4.2 初步实验平台搭建
• 4.2.1 初步实验方案
• 4.2.2 特征点坐标的提取
• 4.2.3 实验
• 4.2.4 LCD投影图像
• 4.3 新实验平台的搭建
• 4.3.1 编码板的制作
• 4.3.2 投影系统
• 4.4 像差分析
• 4.4.1 影响成像清晰度的像差
• 4.4.2 影响精度的像差－畸变
• 4.5 小结
• 第五章 投影系统的建模及标定实验
• 5.1 投影仪的数学模型
• 5.1.1 特征点坐标的获取
• 5.1.2 内参数矩阵A的求解
• 5.1.3 外参数矩阵[R t]的求解
• 5.2 投影仪的像质分析
• 5.2.1 投影仪像质的的畸变性分析
• 5.2.2 投影仪像质的的模糊性分析
• 5.2.3 景深分析
• 5.3 实验
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 与 LCD投影仪比较
• 5.4.2 验证无畸变性
• 5.4.3 求内外参数矩阵
• 5.4.4 评定内参数标定精度
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 展望
• 参考文献