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三维形貌测量系统集成化研究

作　者: 宁韩利
导　师: 孙杰
学　校: 天津理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 三维形貌测量滤波器截止频率四步相移 OpenGL
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着计算机技术、图像处理技术和光学的快速发展,光学非接触三维物体形貌测量已成为近几年人们的研究热点,并且得到了广泛的应用。其中,结构光投影的三维形貌测量方法的发展和应用最为广泛,被公认为最有前途的三维形貌测量方法。本文是在前有的基础上更进一步的研究光学三维形貌测量方法,有效地提高三维形貌测量的速度、精度和实际应用范围,具有很高的价值。本文第一章是绪论部分。第二章介绍了三维形貌测量集成化总体设计。主要包括光栅投影、图像采集、空域变换和滤波、集成显示等等。第三章主要介绍了三维物体形貌测量的原理、相位解调和相位展开的方法,还介绍了基于四步相移法的三维物体形貌硬件条件和软件环境,并详细地给出了结构光投影与测量的一体化设计、四步相移法的模拟实验和误差分析。第四章主要研究了滤波器截止频率的选取对三维形貌测量精度的影响,通过各种变换和处理,恢复出高精度的三维物体形貌,并分析其误差和原因。第五章介绍了用OpenGL编程在VC++中实现三维物体形貌测量系统的集成化显示技术,主要包括OpenGL的概述、优势、基本功能和各种变换,详细说明了怎么实现三维物体形貌轮廓绘制的具体步骤。第六章为总结和展望部分。本论文的创新点如下:1)实现了结构光投影与测量的一体化。2)通过选取滤波器的截止频率选择合适的滤波器在很大程度上提高了三维形貌测量精度。3)通过OpenGL编程在VC++中实现了三维形貌轮廓的3-D显示。4)初步实现了集光栅投影、图像采集、傅里叶变换和滤波处理、四步相移法实现三维形貌轮廓的恢复和3-D显示于一体的集成化研究设计方案。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 三维物体形貌测量的国内外研究现状  9-10
    1.1.1 接触式测量  9
    1.1.2 非接触式测量  9-10
  1.2 光学三维物体形貌测量方法  10
  1.3 基于结构光的三维形貌测量  10-11
  1.4 目前存在问题  11-12
  1.5 研究的目的和意义  12
    1.5.1 研究的目的  12
    1.5.2 研究的意义  12
  1.6 本文主要内容  12-14
第二章三维形貌测量集成化总体设计  14-19
  2.1 三维形貌测量系统的需求分析  14-15
    2.1.1 条纹图样不连续  14
    2.1.2 精度问题  14-15
    2.1.3 集成化技术  15
  2.2 三维形貌测量集成化设计构想  15-17
    2.2.1 光栅投影和采集  15-16
    2.2.2 傅里叶变换和滤波处理  16
    2.2.3 四步相移法实现三维形貌测量  16-17
    2.2.4 3-D 显示技术  17
  2.3 整体设计思路的实现目标  17-19
第三章结构光投影与测量一体化设计  19-32
  3.1 光栅投影三维物体形貌测量方法  19-23
    3.1.1 直接三角法  19-20
    3.1.2 相位法  20
    3.1.3 相位法三维物体形貌测量原理  20-23
  3.2 相位解调  23-24
    3.2.1 相位测量轮廓术  23
    3.2.2 傅里叶变换轮廓术  23-24
  3.3 相位展开  24-25
  3.4 硬件条件  25-26
  3.5 图像投影与采集  26-27
  3.6 基于四步相移法的三维形貌测量的实验研究  27-32
    3.6.1 三维物体形貌测量系统  27-29
    3.6.2 四步相移法模拟实验  29-32
第四章空域滤波处理  32-41
  4.1 数字图像处理  32-33
    4.1.1 空间域处理  32-33
    4.1.2 频率域处理  33
  4.2 频率域低通滤波器  33-34
  4.3 滤波器截止频率的选取  34-37
  4.4 不同截止频率的滤波器对恢复出三维物体形貌的显示结果  37-39
  4.5 截止频率对本实验精度的影响  39-41
第五章集成显示技术  41-47
  5.1 OPENGL 概述  41-42
    5.1.1 OpenGL 的优势  41
    5.1.2 OpenGL 基本功能  41-42
    5.1.3 OpenGL 的变换  42
    5.1.4 VC++6.0 下OpenGL 的编程框架  42
  5.2 基于OPENGL 的三维物体重构技术  42-43
  5.3 3-D 显示  43-47
    5.3.1 三维形貌轮廓显示功能的实现  43-45
    5.3.2 导出数据的实现  45-47
第六章总结与展望  47-48
  6.1 工作总结  47
  6.2 工作展望  47-48
参考文献  48-51
发表论文和科研情况说明  51-52
致谢  52-53

三维形貌测量系统集成化研究

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