三维形貌实时测量方法研究及软件设计

论文摘要

物体三维形貌测量一直是国内外研究的热门学科,测量方法朝着高精度,快速,无损的方向发展。随着计算机硬件和摄像设备的迅速发展,机器视觉测量技术逐渐替代了传统的方法,成为了目前广泛应用的非接触测量方法。本文在光学三维测量的两个重要分支,投影栅相位测量和双目视觉测量都做了研究和比较,具体工作内容如下:基于投影栅相移技术,设计彩色条纹图将相移所需的三幅具有相位差条纹图放置在一幅图像的红,绿,蓝三个通道中。投影彩色条纹,并通过彩色CCD相机进行拍摄,通过一次拍摄完成三步相移计算。计算机模拟实验讨论了彩色图像拍摄过程中各通道色彩响应不同对实验结果的影响,分别运用均值法和拟合法对条纹对比度进行了校正。实验测量了模型的三维形貌,验证了彩色条纹相移法的可行性,并对波动误差进行了分析。着重讨论了一种基于交汇式双目视觉模型的单个CCD相机三维立体测量系统。在CCD相机前放置两面成一定夹角的平面镜,通过一次拍摄,得到两幅存在视差的图像,该图像相当于相机在平面镜中两个相机虚像对目标从不同角度拍摄所得到图像,根据双目视觉原理可实现三维立体测量。文中详细介绍了实验系统的布置方法,建立了三维坐标计算的数学模型,对系统的内外参数进行了标定,通过实验验证了该测量分析方法的可行性与可靠性,同时利用误差理论对实验误差进行了分析。在matlab软件基础上进行了三维形貌测量软件设计,应用GUI设计了功能明确的可视化界面,并应用matlab图像获取工具箱实现对CCD相机的控制,实现了计算软件与硬件的互通,为今后的现场测试分析奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 2 投影栅相位法测量原理
• 2.1 投影条纹相位系统的组成
• 2.2 相位提取方法
• 2.3 相位解包裹计算
• 2.4 本章小结
• 3 彩色投影光栅动态测量
• 3.1 图像色彩理论
• 3.2 相机色彩响应
• 3.3 彩色相移实验测量
• 3.4 本章小结
• 4 三维测量系统软件开发
• 4.1 系统硬件组成
• 4.2 系统软件设计
• 4.3 GUI 界面设计
• 4.4 实验应用
• 4.5 本章小结
• 5 双目立体视觉
• 5.1 双目立体测量原理
• 5.2 相机参数标定
• 5.3 空间立体匹配
• 5.4 三维重建
• 5.5 本章小结
• 6 单机双目动态测量
• 6.1 单机双目测量系统方法概述
• 6.2 实验系统布置
• 6.3 静态测量
• 6.4 三维运动轨迹测量
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献