基于彩色编码方法实现物体的三维轮廓测量

论文摘要

人们观察到的世界是一个三维世界,而照相机拍摄得到的是二维图像,损失了深度信息。为了准确和完备地再现客观世界,三维测量技术受到广泛关注。近些年来,随着计算机技术的发展,三维轮廓测量技术有了更广泛的应用。编码结构光法因其测量精度高,速度快,易于实现等优点成为研究的热点。本文采用了一种彩色编码方法来获取物体的深度信息。在这种方法中,使用投影仪将由软件产生的彩色条纹图投影到被测物体表面,再由一个与投影仪成一定角度放置的CCD相机拍摄物体图像,将该图像传输给计算机后进行解码等系列处理,最终得到物体的三维信息。本文从理论和实验两方面,对基于彩色编码方法的物体三维轮廓测量技术进行了研究。首先对各种结构光方法进行了研究,以彩色条纹投影技术为重点,对各种编码方法进行了分析和比较,在此基础上,设计了一种彩色编码方案。与灰度投影相比,彩色条纹投影包含了更多的信息。然而,彩色条纹投影也增加了对系统抗干扰能力的要求,并且使得解码过程变得复杂。本文采用的彩色编码条纹投影技术解决了这一问题,该编码方法大大地降低了解码难度,同时克服了彩色编码对噪声敏感这一缺点。其次,基于光学三角法中的基本公式,建立了三维轮廓测量系统的数学模型;介绍了一种有效的自补偿解码方法,获取图像的一系列处理过程和方法,以及为了丰富物体表面细节而使用的纹理映射技术;在此基础上,建立了基于彩色编码的三维轮廓测量系统,并论述了系统标定的方法。最后,在理论分析的基础上,设计了三维轮廓测量实验,对不同物体分别进行了测量,获得了较好的实验结果,证明了本文所提出方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 光学三维轮廓测量的研究现状及分析
• 1.2.1 光学三维轮廓测量方法
• 1.2.2 光学三维轮廓测量应用
• 1.2.3 研究难点与热点
• 1.3 结构光法三维轮廓测量技术
• 1.3.1 结构光三维测量方法的分类
• 1.3.2 结构光三维测量方法的技术现状
• 1.4 本课题研究的内容
• 2 彩色编码原理及系统设计
• 2.1 彩色编码技术
• 2.1.1 一维彩色编码
• 2.1.2 二维彩色编码
• 2.2 彩色编码图案原理及实现
• 2.2.1 彩色编码原理
• 2.2.2 多幅编码图组合
• 2.2.3 彩色投影图的实现
• 3 三维轮廓测量的实现
• 3.1 测量系统的数学模型
• 3.2 彩色编码图的解码方法研究
• 3.2.1 颜色解码
• 3.2.2 解码中的自校准方法
• 3.2.3 插值处理
• 3.3 纹理映射
• 4 系统的组成与标定
• 4.1 系统的组成
• 4.2 系统的标定
• 4.2.1 标定系统结构
• 4.2.2 照相机标定技术
• 4.3.3 照相机的系统标定
• 5 三维轮廓测量实验
• 5.1 实验设备
• 5.2 实验图片的采集及测量结果
• 5.2.1 平面的测量
• 5.2.2 物体的测量
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢