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基于相位测量三维成像系统的简易快速标定方法研究

作　者: 孟莎莎
导　师: 张宗华
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 相位计算三维成像完全自动标定快速图像采集采集投影匹配
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于相位测量三维成像系统，具有非接触、全场、高精度、快速自动获取等优势，因此在学术界和各个行业已得到广泛研究和应用。基于相位测量三维成像系统，其比较重要的一步是标定绝对相位图和三维数据之间的关系。已有的标定方法由于使用水平精确移动台或标定量块而使操作过程复杂，被限制在实验室内完成。而且在获取变形条纹图的过程中，需人为设定延时时间完成投影与采集的匹配。因此针对以上存在的问题，确定了本文研究的主要内容为：设计三维成像系统的硬件结构并搭建实验平台，根据标定的相机的内外参数，给出对此系统的完全自动标定方法，包括深度方向和横向的标定，并以Matlab为开发平台，设计开发出能完全自动标定三维成像系统的程序功能模块。通过利用采集的图像信息实现对整个三维成像系统一键完全自动标定，使整个标定过程中操作更加简易灵活。设计快速采集系统硬件结构并搭建实验平台，在课题组所设计开发的三维成像系统软件包整体框架结构基础上，完成对三维编码数据的采集与投影基本同步的功能模块以及处理算法的设计，并开发对应的软件系统，以减少采集时间，提高采集速率。通过利用本文提出的标定方法及设计的标定软件对所搭建的三维成像系统进行标定后，对标定的系统进行了定性和定量的评价，结果表明所提出标定方法可有效、可靠地对基于相位计算的三维成像系统进行标定，标定软件使整个标定操作流程更加简易化。利用搭建好的快速采集系统实现了投影仪投影和摄像机采集的匹配，并利用该系统对动态物体的三维形貌进行测量，结果表明快速采集系统可获取动态物体表面的相位信息。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-21
  §1-1 引言  10
  §1-2 研究背景  10-16
    1-2-1 三维测量技术简介  10-12
    1-2-2 三维光学测量技术的应用  12-16
  §1-3 三维光学测量技术及相关标定技术的国内外发展概况  16-19
  §1-4 本课题研究目的及意义  19-20
  §1-5 本文研究的主要内容及结构安排  20-21
第二章三维成像系统的标定原理及方法  21-34
  §2-1 三维成像系统测量及标定原理  21-23
  §2-2 CCD 相机主要参数的标定  23-27
    2-2-1 相机成像模型的建立及坐标变换  23-25
    2-2-2 需标定的相机内外参数  25-26
    2-2-3 标定摄像机的两种方式  26-27
  §2-3 深度方向标定原理及流程  27-30
    2-3-1 标定板深度的确定  28-29
    2-3-2 相位的获取  29-30
    2-3-3 深度方向系统标定参数的计算  30
  §2-4 横向标定原理及流程  30-33
    2-4-1 标识点中心定位  31
    2-4-2 标定板在参考坐标系中的定位  31-32
    2-4-3 横向标定参数的计算  32-33
  §2-5 本章小节  33-34
第三章三维成像系统标定软件设计  34-45
  §3-1 Matlab 编程语言的简介  34-35
    3-1-1 Matlab 编程语言的优点  34-35
    3-1-2 GUI 图形界面编程的简介  35
  §3-2 三维成像系统标定界面整体设计  35-37
    3-2-1 系统标定软件设计思路  35-36
    3-2-2 系统标定软件界面设计  36-37
  §3-3 相机标定界面设计及软件实现  37-38
    3-3-1 相机标定数据的读取模块介绍  37-38
    3-3-2 相机标定模块介绍及程序制作  38
  §3-4 系统标定界面设计及软件实现  38-42
    3-4-1 系统标定数据的读取模块介绍  38-39
    3-4-2 系统标定模块介绍及程序制作  39-41
    3-4-3 参数设置模块介绍  41-42
  §3-5 系统标定执行过程  42-44
  §3-6 本章小结  44-45
第四章三维成像系统标定实验及结果分析  45-59
  §4-1 标定所用硬件系统结构及组成  45-46
  §4-2 实验及结果分析  46-58
    4-2-1 标定数据采集  46-48
    4-2-2 标识点中心提取  48-51
    4-2-3 利用标定软件标定整个系统  51
    4-2-4 标定方法评价和测量结果  51-58
  §4-3 本章小结  58-59
第五章快速采集系统的硬件结构及同步采集的实现  59-69
  §5-1 快速采集系统的硬件结构  59-61
    5-1-1 投影部分  59-60
    5-1-2 采集部分  60-61
    5-1-3 快速采集系统的整体结构  61
  §5-2 同步采集的实现过程  61-66
    5-2-1 同步采集的方案  62-65
    5-2-2 同步采集的实现  65-66
  §5-3 同步采集的结果显示  66-68
    5-3-1 采集前准备工作  66-67
    5-3-2 采集及测量结果  67-68
  §5-4 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  §6-1 工作总结  69-70
  §6-2 展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  77

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