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基于光栅投影的金属实体三维重建技术

作　者: 陈佳佳
导　师: 全燕鸣
学　校: 华南理工大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 相位测量轮廓术相移系统标定三维重建
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着计算机视觉的不断发展,非接触式光学测量技术在工业上的应用也越来越多。本文的研究目的在于研究“测量仪器适配被测对象”的三维重建系统,为开发这类测量装备提供技术准备。本文对基于数字光栅投影的相位测量轮廓术中的相位计算、系统参数标定、相位一高度映射等关键问题进行系统研究。在现有基础上提出了一种三维逆向工程测试理论及研究开发的系统设计方法。首先简单的介绍了相位测量轮廓术系统及其原理,高度-映射关系。接着重点讨论了相位主值的获得和相位场的展开,其中重点介绍了相位的展开。首先根据相移原理,利用四步相移来得到相位主值,接着详细说明了各种相位展开的原理并加以比较分析,最终选用了支线切割法中的Goldstein’s算法展开。这种方法可以恢复含有不连续点的相位场,并具有较高的质量。再次是分析三维重建系统的数学模型,并介绍了系统标定的原理,包括了相机和投影机内外参的标定,将复杂的投影仪标定转化为成熟的摄像机标定,并将整个测量系统的参数标定转换为成熟的双目立体视觉系统的参数标定。系统所摄取到的图像需经过加权高斯滤波和灰度线性增强的预处理。三维坐标被转换得到后,用NURBS曲线对离散点进行拟合,得到NURBS曲线序列,然后对其用插补方式的举升曲面来构建曲面,得到物体的表面。另外还分析了整个系统的误差来源。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题的来源及研究目的  9-10
  1.2 获取三维信息技术发展现状  10-11
  1.3 编码结构光法研究现状  11-16
    1.3.1 空间域编码  12-14
    1.3.2 时间域编码  14-15
    1.3.3 可视化直接编码  15-16
  1.4 课题研究内容  16-18
第二章基于光栅投影的相位测量轮廓技术  18-37
  2.1 基于光栅投影的相位轮廓术原理  18-22
  2.2 相位重建方法的分析  22-30
    2.2.2 与路径相关的相位重建方法  24-29
    2.2.4 与路径无关的全局性平行处理算法  29
    2.2.5 相位展开算法的比较和讨论  29-30
  2.3 PMP 投影系统的结构分析  30-32
  2.4 针对高反光平面的图像预处理  32-36
  本章小结  36-37
第三章基于平面靶标的无约束系统标定  37-45
  3.1 非远心PMP 系统的三维数学模型  37-39
    3.1.1 非远心平行光轴PMP 系统模型  37-38
    3.1.2 无约束的非远心交叉光轴PMP 系统模型  38-39
  3.2 基于棋格盘靶标的摄像机标定  39-41
  3.3 基于2D 圆靶标的投影仪标定  41-43
  3.4 基于2D 靶标的系统标定与结果  43-44
  本章小结  44-45
第四章 3D 重建系统和实验  45-63
  4.1 基于光栅投影的3D 重建系统概述  45-54
    4.1.1 DLP 投影机的选择  46-49
    4.1.2 基于光栅投影的3D 重建系统软件构成  49-51
    4.1.3 曲线与曲面的重建  51-54
  4.2 对高反光平面的3D 重建实验  54-62
    4.2.1 对不连续V 型槽的图像预处理  55-57
    4.2.2 对连续圆球的图像处理  57-59
    4.2.3 试验误差  59-62
  4.3 本章小结  62-63
结论与展望  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间取得的研究成果  69-70
致谢  70-71
附件  71

基于光栅投影的金属实体三维重建技术

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