基于十字结构光的三维重建及精度分析

发布时间：2017-06-30 04:14

  本文关键词：基于十字结构光的三维重建及精度分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：线结构光检测技术是测量物体几何参数,实现三维重建最普遍的方法之一。因其具有非接触、大量程、速度快、精度高、算法稳定、结构简单等特点,在工业检测中得到了广泛的应用。目前普遍采用一字结构光作为投射源,针对一字结构光在三维重建中可能存在的信息不完整问题,本文采用十字结构光对物体表面实现三维重建,实验结果表明采用十字结构光可有效避免信息丢失的情况。本文主要研究内容和成果包括:1)构建了基于十字结构光的三维重建系统框架。十字结构光的特点主要在于激光源投射出来的是两个互相垂直的激光平面,因此相对于一字结构光,其能获得更丰富的信息。本文基于十字结构光构建了三维重建系统的整体框架,并分析了各个模块的工作原理。2)改进了一种基于激光交线的十字结构光平面标定方法。十字激光投射器产生的两个激光平面源于同一个光源,通过特殊分光镜使得两个光平面近似垂直,针对此特点,本文把激光投射器产生的激光平面拆分为两个独立的激光平面进行标定。因此在进行激光平面标定之前,需采用随机算法对激光光条进行识别并分类。本文改进后的激光平面参数标定方法结合了直线拟合与平面拟合等基本算法,简单方便,但又不失精度,适合现场标定。3)提出了一种基于十字结构光的光条中心提取及分类算法。本文比较了多种传统的光条中心提取方法,最后结合快速细化算法、Hessian矩阵法和灰度重心法成功提取了光条中心的亚像素级坐标,并可实现快速分类,将提取的中心点准确归属至各自的光平面下。本文所提算法在提高精度的同时提高了检测效率。4)搭建了整套系统的实验平台。根据构建的三维重建系统框架图,本文搭建了相应的实验平台,其主要包括硬件设备及软件开发两个部分。可调用计算机控制软件对硬件设备实时控制,软件部分可有效实现图像采集、图像处理及三维重建功能。5)重建精度的分析。通过对标准圆柱体的拟合数据分析了重建误差,对鞋楦的扫描实验充分验证采用本文方法可有效实现对自由曲面的三维重建,并论证采用十字结构光相对于一字结构光所具有的优势,进而表明本文所提方法的实用性。
【关键词】：十字结构光 三维重建 标定 光条中心提取 误差分析
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 结构光检测技术的研究现状11-12
• 1.2.2 系统参数标定的研究现状12-14
• 1.2.3 光条中心提取技术的研究现状14-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 结构光三维重建模型介绍17-25
• 2.1 三维重建系统框架17-18
• 2.2 三维重建基本原理18-23
• 2.2.1 常用坐标系18-19
• 2.2.2 摄像机模型19-22
• 2.2.3 重建模型22-23
• 2.3 十字结构光与一字结构光的区别23-24
• 2.3.1 十字结构光的优势23-24
• 2.3.2 十字结构光存在的难点24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 系统参数标定25-43
• 3.1 摄像机参数标定25-29
• 3.1.1 基于张正友平面标定法的摄像机标定25-28
• 3.1.2 亚像素级角点提取算法28-29
• 3.2 激光平面参数标定29-39
• 3.2.1 图像预处理29-32
• 3.2.2 激光直线拟合32-35
• 3.2.3 激光平面参数计算35-39
• 3.3 运动方向标定39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 光条中心提取43-56
• 4.1 算法概述43-49
• 4.1.1 快速细化算法43-45
• 4.1.2 Hessian矩阵法45-48
• 4.1.3 灰度重心法48
• 4.1.4 双线性插值法48-49
• 4.2 改进后的算法49-53
• 4.3 结果分析53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 实验平台搭建及精度分析56-68
• 5.1 实验平台56-60
• 5.1.1 硬件设备56-58
• 5.1.2 软件开发58-60
• 5.2 精度分析60-67
• 5.2.1 标定结果60-61
• 5.2.2 圆柱面的三维重建61-66
• 5.2.3 自由曲面的三维重建66-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结和展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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