条纹投影三维测量的若干关键技术的研究
本文选题:条纹投影 切入点:系统标定 出处:《深圳大学》2017年硕士论文
【摘要】:三维测量技术是一种关键的机器视觉技术,它在逆向工程、图像识别、人工智能、虚拟现实以及生物医学等方面都有着重要的应用。其中传统的接触式三维测量存在测量耗时长、弹性材料测量受限等缺点,因此无法满足工业生产的需要。条纹投影的三维测量技术是一种非接触式的方法,这种测量技术具有效率高、测量准确的优点,因此成为了三维测量领域研究的热点。本文针对条纹投影中的一些关键技术展开研究,比如基于相位匹配的多传感器三维测量系统、大视场的三维测量系统以及3D点云配准等若干关键技术,并对这些技术进行了分析和总结,本文的主要内容如下:1.介绍了条纹投影三维测量技术的基本原理以及国内外研究现状,阐述了PMP(相位测量轮廓术)、格雷编码、摄像机成像模型,以及对获取到的3D点云数据处理的基本方法。2.由于单传感器测量范围的限制,多传感器测量系统逐渐成为获取物体完整3D面型的重要的方法。然而,传统的多传感器测量系统,它们相互之间的系统标定是分开的,整个测量系统的标定耗时长、操作复杂,不能满足现场标定的需求。针对传统方法的不足,本文提出了一种基于相位传递的多传感器测量系统,每套测量系统的标定相互关联,并且在完成整个系统标定后,每套测量系统获得的3D点云数据无需再次配准,自动转化到统一的坐标系下,实现3D点云的全局配准。3.为了能够满足大视场三维场景的测量需求,我们设计了两套三维数据采集系统,第一套采用了一种线结构光旋转扫描的方法来获取室内环境的3D点云数据,该系统能够实现360度场景的测量,但是测量速度慢、效率低。第二套则是利用鱼眼镜头具有宽视场角和大景深的优势,来实现双目立体视觉的大视场三维测量,但是由于镜头本身的特性,基于小孔成像模型的双目立体视觉3D测量方法不再适用于鱼眼镜头模型。因此,本文提出了一种基于球面模型的双目立体视觉测量系统,将测量物体的所在的世界坐标直接地转化到单位球面坐标系,由于采用球面模型代替了平面透视投影模型,因此测量系统的FOV(视场角)不再受限。同时,针对双目测量系统中的特征点匹配问题,本文提出了一种菱形匹配算法,极大的提高了查找的速度和测量的精度。4.在获取测量场景的三维信息后,需要对获取的多组三维点云数据进行点云配准处理。本文提出了一种基于2D图像的3D点云配准算法。首先,通过计算相邻两帧2D图像之间的仿射变换矩阵,完成相邻两组3D点云之间的粗配准;然后,通过2D坐标确定配准对应点的搜索区域,完成精配准;最后,再次通过3D坐标对应的2D坐标来进行全局配准。实验验证,这种方法极大的提高了配准的速度,完成了多个视角3D点云数据的拼接。
[Abstract]:3D measurement technology is a key machine vision technology, which has important applications in reverse engineering, image recognition, artificial intelligence, virtual reality and biomedicine.The traditional contact 3D measurement has the disadvantages of long measuring time and limited measurement of elastic materials, so it can not meet the needs of industrial production.The three-dimensional measurement technology of fringe projection is a kind of non-contact method. It has the advantages of high efficiency and accurate measurement, so it has become a hot spot in the field of three-dimensional measurement.In this paper, some key techniques in fringe projection, such as multi-sensor 3D measurement system based on phase matching, 3D measurement system with large field of view and 3D point cloud registration, are studied.These techniques are analyzed and summarized. The main contents of this paper are as follows: 1.This paper introduces the basic principle of fringe projection 3D measurement technology and the current research situation at home and abroad, and expounds the basic methods of PMP (phase measurement profilometry, Gray coding, camera imaging model) and 3D point cloud data processing.Due to the limitation of single sensor measurement range, multi-sensor measurement system has gradually become an important method to obtain the complete 3D surface shape of object.However, the calibration of the traditional multi-sensor measurement system is separate from each other. The calibration of the whole measurement system is time-consuming and complex, so it can not meet the requirements of field calibration.In view of the shortcomings of traditional methods, a multi-sensor measurement system based on phase transfer is proposed in this paper. The calibration of each set of measurement systems is related to each other, and after the calibration of the whole system is completed,The 3D point cloud data obtained by each measurement system need not be registered again, and it is automatically transformed to a unified coordinate system to realize the global registration of 3D point cloud.In order to meet the needs of 3D scene measurement in large field of view, we designed two sets of 3D data acquisition systems.The system can measure 360 degree scene, but the measuring speed is slow and the efficiency is low.The second set uses the advantages of wide field of view angle and large depth of field of field of field of view to realize the large field of view measurement of binocular stereo vision, but due to the characteristics of the lens itself,Binocular stereo vision 3D measurement method based on pinhole imaging model is no longer suitable for fish-eye lens model.Therefore, a binocular stereo vision measurement system based on spherical model is proposed in this paper, in which the world coordinates of measuring objects are directly transformed to unit spherical coordinate system, because the spherical model is used to replace the plane perspective projection model.Therefore, the FOV (Field of View Angle) of the measurement system is no longer limited.At the same time, aiming at the problem of feature point matching in binocular measurement system, a rhombus matching algorithm is proposed in this paper, which greatly improves the speed of searching and the precision of measurement.After obtaining the 3D information of the measurement scene, it is necessary to deal with the point cloud registration of multiple groups of 3D point cloud data.This paper presents a 3D point cloud registration algorithm based on 2D images.Firstly, by calculating the affine transformation matrix between two adjacent frames of 2D images, the rough registration between adjacent groups of 3D point clouds is completed. Then, the searching area of corresponding points is determined by 2D coordinates to complete the fine registration.Again, the global registration is carried out by 2D coordinates corresponding to 3D coordinates.Experimental results show that this method greatly improves the registration speed and completes the 3D point cloud data splicing of multiple views.
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.41
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 史金龙;刘庆华;;一种变形表面的三维测量方法[J];计算机与现代化;2011年11期
2 黄成功;吴军辉;赵琳锋;陈洁;李华;张文攀;刘艳芳;;一种表面激光散射特性数据三维测量方法[J];中国激光;2012年07期
3 史德琴;李俊山;孙文昌;张雄美;;基于神经网络的头骨模型三维测量方法[J];微计算机信息;2008年07期
4 宋昌江;何燕;;显微三维测量的技术及应用[J];自动化技术与应用;2009年11期
5 何宇航;曹益平;翟爱平;;相移量校准提高正交复合光三维测量的精度[J];光电子.激光;2011年03期
6 董富强;达飞鹏;黄昊;;基于S变换的改进窗口傅里叶三维测量法[J];光学学报;2012年05期
7 闵志方;黄亮;余永朝;;基于单幅图像的工业内窥镜相位法三维测量研究[J];光学与光电技术;2012年04期
8 史金龙;钱强;庞林斌;王直;白素琴;;大尺度钢板的三维测量和拼接[J];光学精密工程;2014年05期
9 孙亦南,刘伟军,王越超;由序列图像进行三维测量的新方法[J];光电工程;2005年07期
10 翟爱平;曹益平;寇峻;;一种改进的单帧变形条纹在线三维测量方法[J];光电子.激光;2012年01期
相关会议论文 前8条
1 南亮亮;刘伟军;;逆向工程三维测量和数据处理[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
2 苏显渝;张启灿;李剑;李泽仁;;振动表面的光学三维测量方法[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
3 梁楠;姜志国;薛斌党;;显微三维成像及分析系统的设计与开发[A];立体图象技术及其应用研讨会论文集[C];2005年
4 杨震;禹卫东;杨汝良;;星载分布式干涉SAR实现全球三维测量方案研究[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年
5 董明利;张靖瑜;邓文怡;吕乃光;燕必希;;影响数字摄影测量系统精度因素的分析[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
6 朱荣刚;戴强;李建欣;朱日宏;;虚条纹相移算法在结构光三维测量中的应用[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
7 李波;程勇;肖丽珍;衡士超;;锥形束CT结合simplant软件在颌面部三维测量中的应用[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年
8 牛小兵;林玉池;赵美蓉;洪昕;程冬梅;;光栅投影三维测量的原理及关键技术分析[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(下)[C];2001年
相关重要报纸文章 前7条
1 丁殿春 王继荣 黄余红;中国美人三维测量数据库建立[N];科技日报;2006年
2 主持 本报记者 陶璐璐;建立体系才能成规模[N];中国纺织报;2011年
3 黄余红;揭开中国美貌人群的奥秘[N];中国消费者报;2007年
4 本报记者 刘慧;揭开中国美貌人群秘密[N];北京科技报;2005年
5 本报记者 刘慧;中国美女标准争议不断[N];北京科技报;2005年
6 本报记者 王丽雪;警用装备凸显科技魅力[N];人民公安报;2011年
7 丁殿春 王继荣 黄余红;美女美在骨头里[N];中国医药报;2007年
相关博士学位论文 前9条
1 王华;高密度全场主动离焦三维测量方法的研究[D];四川大学;2004年
2 韦争亮;基于彩色编码的结构光动态三维测量及重构技术研究[D];清华大学;2009年
3 王文格;基于计算机视觉的大型复杂曲面三维测量关键技术研究[D];湖南大学;2003年
4 单鹂娜;组合式时间编码结构光三维测量方法与技术[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 史金龙;动态变形表面的三维测量与跟踪方法研究[D];复旦大学;2012年
6 殷永凯;相位辅助光学三维测量系统的标定方法[D];天津大学;2012年
7 陶立;彩色三维激光扫描测量系统关键技术的研究[D];天津大学;2005年
8 弓宇;零件多要素三维测量关键技术研究与系统开发[D];机械科学研究总院;2013年
9 何海涛;复杂面形的光学三维测量相关技术研究[D];上海大学;2005年
相关硕士学位论文 前10条
1 薛敏;基于结构光投影的三维测量技术研究[D];五邑大学;2015年
2 涂颜帅;基于时间频率编码的高速光学三维测量及应用研究[D];浙江师范大学;2015年
3 金岩;基于三维测量和模式识别的浮游动、植物细胞特征的观测技术研究[D];中国海洋大学;2015年
4 袁明;基于多激光条纹的手持式快速三维测量关键技术[D];华中科技大学;2015年
5 吴海涛;基于结构光的大物体三维测量关键方法的研究[D];南昌航空大学;2016年
6 马乐;基于彩色复合光栅的快速三维测量研究[D];北京交通大学;2016年
7 万仁全;基于结构光的大尺寸工件三维测量研究[D];华南理工大学;2016年
8 高盼盼;基于双远心系统的三维测量技术研究[D];华南理工大学;2016年
9 熊义可;基于自适应结构光投影的三维测量系统研究[D];浙江大学;2016年
10 戴鲜强;双目三维测量系统的标定与匹配方法研究[D];东南大学;2016年
,本文编号:1702036
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/1702036.html