基于混合编码结构光的三维测量技术研究

论文摘要

在三维测量技术中，基于结构光的三维建模技术，以其分辨率高，实时性强及主动受控等特点，近年来在三维测量领域得到了广泛应用，而将结构光三维测量技术引入医学领域，对提高外科手术操作的灵敏性和对病灶区域定位的准确性，具有相当重要的医疗和社会价值。为了实现快速、准确的三维重建，本文对基于混合编码结构光的三维测量关键技术进行了研究，本文主要研究内容如下：1.本文深入研究了结构光三维测量的相关技术，提出了基于DB序列的混合编码方法，这种编码方式以颜色属性作为基本的编码元素，并引入强度属性，在三维重构中将峰值检测与边缘检测结合起来以达到较高的分辨率与精确度，并且实现了彩色条纹中心亚像素级定位，提高了条纹定位的准确性。2.由于受环境以及颜色干扰等客观因素的影响，拍摄到的投射图案与原来的颜色并不完全一致，这对条纹匹配造成干扰，为此提出了基于K均值聚类的颜色分类方法，对每一种投射颜色拟合出一条直线模板，然后以此模板直线作为参考实现了彩色条纹的分色。实验证明此方法能提高彩色条纹分色的准确率。3.针对被测物体表面不连续和遮挡问题造成的条纹丢失现象，本文采用动态规划算法。该算法通过递归的方式求取全局的一个最优匹配，能很好的解决由于条纹丢失引起的DB序列空间依赖关系破坏而造成的难匹配与错匹配的现象。实验证明该方法能有效解决条纹丢失问题，减少了条纹错误匹配情况的发生。4.本文利用3DS MAX软件对测量系统中的投影仪、相机以及被测物体进行了仿真研究，并且完成了对测量系统的仿真设计，论证了基于结构光实现脑外科手术三维重建的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 课题来源与应用前景
• 1.3 结构光测量技术研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 混合结构光编码原理及方法研究
• 2.1 混合编码结构光
• 2.1.1 色彩空间
• 2.1.2 编码实现
• 2.2 结构光三维测量系统组成
• 2.3 系统工作原理
• 2.4 测量系统设计
• 2.4.1 3DS MAX 结构光测量系统仿真
• 2.4.2 仿真平台搭建
• 2.5 本章小结
• 3 基于混合编码结构光的关键技术研究
• 3.1 像素级的条纹分割
• 3.1.1 图像增强
• 3.1.2 条纹分割
• 3.2 条纹亚像素中心的峰值检测
• 3.3 条纹亚像素级边界定位
• 3.4 条纹分色
• 3.4.1 分色方法研究
• 3.4.2 分色方法对比实验
• 3.5 本章小结
• 4 基于动态规划的条纹匹配技术研究
• 4.1 解码原理
• 4.1.1 投影角的确定及矫正
• 4.1.2 条纹丢失现象研究
• 4.2 动态规划算法原理及实现
• 4.2.1 动态规划基本原理
• 4.2.2 动态规划解题步骤
• 4.3 动态规划解决条纹匹配问题
• 4.3.1 匹配函数
• 4.3.2 全局评价函数
• 4.3.3 动态规划实现最优匹配
• 4.4 多通道动态规划算法
• 4.4.1 仿真实验结果
• 4.4.2 条纹匹配方法对比实验
• 4.7 本章小结
• 5 三维测量系统的软件设计
• 5.1 软件系统组成
• 5.2 实验结果与分析
• 5.3 软件平台的设计与实现
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文