基于振镜扫描的激光频闪成像三维视觉测量技术研究
发布时间：2021-07-13 09:55
视觉三维测量以非接触,数据量大,测量速度快等优势,在生产生活的各个方面有着广泛的应用。视觉三维测量常用的投影设备DLP存在价格贵,体积大,不易集成,资源浪费等现象,造成了三维测量设备整体的体积大,价格贵等缺点。论文针对这一矛盾,基于振镜扫描和激光频闪成像原理搭建专用投影装置,并在此基础上进行专门相关技术的研究,本论文对于改进测量设备的硬件组成有重要意义。论文通过线激光和扫描振镜利用激光频闪技术实现的条纹投影,结合摄像机时序匹配完成测量图像数据采集。根据当前视觉三维测量的普遍要求确定测量系统的基本参数指标,基于基本参数指标和成像原理设计数据采集系统的硬件结构和硬件型号参数。根据格雷码图像编码原理和频闪成像技术原理,设计数据采集系统软件结构和控制流程。分析传统单目编码结构光三维测量原理,总结传统单目编码结构光测量系统与本系统的异同,提炼单目结构光三维测量原理架构,确定振镜扫描激光频闪成像三维测量原理搭建方案。搭建本系统三维解算模型,建立基于振镜扫描的激光频闪成像投影系统的数学模型,确定格雷码码值与空间平面簇的空间角度映射模型,并根据方案整合为三维测量模型。论文针对振镜扫描激光频闪成像的数据...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线阵结构光扫描应用Fig.1-6Applicationoflinestructurelightscanning
第一章 绪论而是变成多幅灰度值按照正选信号分布的光栅图像，根据摄像机最终拍在某一个点的灰度值计算出该点的相位，利用相位值作为特征值，完成别，进而根据对应空间约束模型计算出三维点云数据[29]。假设正弦变码图案投射后的图像在某一点光的强度可以用下式表示：I(x,y) = (x,y) (x,y)sinφ(x,y) 式中 (x,y)表示在一个具体坐标的像素点位置上背景光的光照强度，后装置附加的正弦变化光照强度。最终利用计算的相位值φ作为特征值进像机拍摄的图像上的像素点和投影装置投影图案上的点的对应关系的于从上述的关系中可以看出是由 4 个变量组成的关系，因此至少需要的 3 组光强变化的函数值才可以进行相位值的计算，因此通过投射不光来实现三维测量，最常见的相移法编码用的是四步相移，如下图所示的投影图像[30]。
移法编码相结合的方式来进行结构光检测[40]。综上所述的各种编码结构光测量技术，相位编码法利用解算的相位来进行关系确定，相位编码法的特点在于测量的连续性，这就会具有更好的空间分辨率，但是由于相位的解码的范围限制，所以一定需要进行相位展开，运算复杂度更高，测量原理更加复杂，投射图案也更加复杂。而编码法测量测量的编码值在空间上是离散分布的，这就造成了空间分辨率相对较低，但是解码方便，测量原理简单，运算复杂度低，测量快速避免了进行相位解算的问题。投射的编码图案简单便于对投射装置进行简化和改装，利于低成本、便于小型化的测量装置的产生。1.3.2 结构光投影成像方式研究现状当前主动视觉的投影成像方式主要可以分为直接成像法和扫描成像法，其中直接成像法目前主要可以分为利用投影仪进行图像生成或利用辅助机械结构根据光的一些物理原理进行的投影图像生成，当前投影仪根据投影原理的不同主要可以分为CRT 三枪投影仪、LCD 投影仪和 DLP 投影仪，而利用机械结构构成的光学系统往往是用来产生光栅条纹进行相移法测量的，这种方式受机械结构要求的程度很大、机械结构复杂、需要更加复杂的光路设计与搭建。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型数字投影结构光三维测量仪镜头设计[J]. 王晨,焦玢璋,郑龙玉,冯胜,张学明. 光学仪器. 2017(05)
[2]基于结构光视觉的白车身覆盖件间隙面差测量方法[J]. 许敏,马钺,陈帅,徐首帅. 传感器与微系统. 2017(09)
[3]人体三维扫描结构光解相位方法研究[J]. 朱险峰,侯贺,韩玉川,白云瑞,吴植文. 纳米技术与精密工程. 2017(03)
[4]基于多频外差相移结构光的三维测量系统[J]. 郭进,陈小宁. 工业仪表与自动化装置. 2016(04)
[5]结构光条纹图像分割方法[J]. 朱真,杜轶诚,秦绪佳,陈胜男. 计算机应用与软件. 2016(08)
[6]结构光周期图案的统一解码方法[J]. 刘凯,钟朋. 强激光与粒子束. 2016(09)
[7]基于三频相移的结构光测量系统[J]. 郭进,陈小宁. 计算机与数字工程. 2016(07)
[8]基于共面法的结构光自扫描测量系统参数标定方法[J]. 解则晓,迟书凯,王晓敏,潘成成,魏征. 中国激光. 2016(03)
[9]基于线结构光的三维测量系统关键技术研究[J]. 余乐文,张达,张元生. 光电子·激光. 2016(02)
[10]多灰度级格雷码三维测量方法[J]. 孟凡辰,陈德运,王莉莉,于双,于晓洋. 哈尔滨理工大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]高精度低成本激光振镜扫描3D视觉系统关键技术研究[D]. 曲杨.哈尔滨工业大学 2016
[2]激光高速扫描频闪成像三维尺寸测量关键技术研究[D]. 杨国威.天津大学 2015
[3]数字投影结构光三维测量方法研究[D]. 张万祯.浙江大学 2015
[4]激光扫描成像系统研究[D]. 于淼.北京邮电大学 2014
[5]基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D]. 刘永久.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]双目视觉与编码结构光结合的三维重建技术的研究[D]. 李学锋.北京理工大学 2016
[2]基于振镜扫描的结构光三维摄像测量技术研究[D]. 曲峥瑞.长春理工大学 2016
[3]高精度面结构光三维测量方法研究[D]. 赵必玉.电子科技大学 2015
[4]基于相位编码结构光的深度获取研究[D]. 高山.西安电子科技大学 2014
[5]基于微反射镜的三维人体测量系统关键技术研究[D]. 倪虎生.东华大学 2013
[6]基于单目立体视觉的三维人体测量方法的研究[D]. 方金.东华大学 2010
本文编号：3281845
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线阵结构光扫描应用Fig.1-6Applicationoflinestructurelightscanning
第一章 绪论而是变成多幅灰度值按照正选信号分布的光栅图像，根据摄像机最终拍在某一个点的灰度值计算出该点的相位，利用相位值作为特征值，完成别，进而根据对应空间约束模型计算出三维点云数据[29]。假设正弦变码图案投射后的图像在某一点光的强度可以用下式表示：I(x,y) = (x,y) (x,y)sinφ(x,y) 式中 (x,y)表示在一个具体坐标的像素点位置上背景光的光照强度，后装置附加的正弦变化光照强度。最终利用计算的相位值φ作为特征值进像机拍摄的图像上的像素点和投影装置投影图案上的点的对应关系的于从上述的关系中可以看出是由 4 个变量组成的关系，因此至少需要的 3 组光强变化的函数值才可以进行相位值的计算，因此通过投射不光来实现三维测量，最常见的相移法编码用的是四步相移，如下图所示的投影图像[30]。
移法编码相结合的方式来进行结构光检测[40]。综上所述的各种编码结构光测量技术，相位编码法利用解算的相位来进行关系确定，相位编码法的特点在于测量的连续性，这就会具有更好的空间分辨率，但是由于相位的解码的范围限制，所以一定需要进行相位展开，运算复杂度更高，测量原理更加复杂，投射图案也更加复杂。而编码法测量测量的编码值在空间上是离散分布的，这就造成了空间分辨率相对较低，但是解码方便，测量原理简单，运算复杂度低，测量快速避免了进行相位解算的问题。投射的编码图案简单便于对投射装置进行简化和改装，利于低成本、便于小型化的测量装置的产生。1.3.2 结构光投影成像方式研究现状当前主动视觉的投影成像方式主要可以分为直接成像法和扫描成像法，其中直接成像法目前主要可以分为利用投影仪进行图像生成或利用辅助机械结构根据光的一些物理原理进行的投影图像生成，当前投影仪根据投影原理的不同主要可以分为CRT 三枪投影仪、LCD 投影仪和 DLP 投影仪，而利用机械结构构成的光学系统往往是用来产生光栅条纹进行相移法测量的，这种方式受机械结构要求的程度很大、机械结构复杂、需要更加复杂的光路设计与搭建。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型数字投影结构光三维测量仪镜头设计[J]. 王晨,焦玢璋,郑龙玉,冯胜,张学明. 光学仪器. 2017(05)
[2]基于结构光视觉的白车身覆盖件间隙面差测量方法[J]. 许敏,马钺,陈帅,徐首帅. 传感器与微系统. 2017(09)
[3]人体三维扫描结构光解相位方法研究[J]. 朱险峰,侯贺,韩玉川,白云瑞,吴植文. 纳米技术与精密工程. 2017(03)
[4]基于多频外差相移结构光的三维测量系统[J]. 郭进,陈小宁. 工业仪表与自动化装置. 2016(04)
[5]结构光条纹图像分割方法[J]. 朱真,杜轶诚,秦绪佳,陈胜男. 计算机应用与软件. 2016(08)
[6]结构光周期图案的统一解码方法[J]. 刘凯,钟朋. 强激光与粒子束. 2016(09)
[7]基于三频相移的结构光测量系统[J]. 郭进,陈小宁. 计算机与数字工程. 2016(07)
[8]基于共面法的结构光自扫描测量系统参数标定方法[J]. 解则晓,迟书凯,王晓敏,潘成成,魏征. 中国激光. 2016(03)
[9]基于线结构光的三维测量系统关键技术研究[J]. 余乐文,张达,张元生. 光电子·激光. 2016(02)
[10]多灰度级格雷码三维测量方法[J]. 孟凡辰,陈德运,王莉莉,于双,于晓洋. 哈尔滨理工大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]高精度低成本激光振镜扫描3D视觉系统关键技术研究[D]. 曲杨.哈尔滨工业大学 2016
[2]激光高速扫描频闪成像三维尺寸测量关键技术研究[D]. 杨国威.天津大学 2015
[3]数字投影结构光三维测量方法研究[D]. 张万祯.浙江大学 2015
[4]激光扫描成像系统研究[D]. 于淼.北京邮电大学 2014
[5]基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D]. 刘永久.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]双目视觉与编码结构光结合的三维重建技术的研究[D]. 李学锋.北京理工大学 2016
[2]基于振镜扫描的结构光三维摄像测量技术研究[D]. 曲峥瑞.长春理工大学 2016
[3]高精度面结构光三维测量方法研究[D]. 赵必玉.电子科技大学 2015
[4]基于相位编码结构光的深度获取研究[D]. 高山.西安电子科技大学 2014
[5]基于微反射镜的三维人体测量系统关键技术研究[D]. 倪虎生.东华大学 2013
[6]基于单目立体视觉的三维人体测量方法的研究[D]. 方金.东华大学 2010
本文编号：3281845
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