运动物体散焦光栅投影三维测量技术研究

发布时间：2021-01-24 07:39

　　基于相移的光栅投影三维测量具有高精度、非接触等优点,但仅适用于静态测量。为了实现快速、高精度的三维测量,散焦相移光栅投影测量技术成为近年来的研究热点,甚至已经被广泛应用于一些快速、动态测量中。然而,该方法仍不可避免地受到物体运动的影响,使测量结果产生误差,为了对这种误差进行修正补偿,本文深入分析研究了不同运动状态对测量产生的影响,并提出了相应的解决办法,主要创新和工作如下:（1）本文提出了一种基于匀速运动补偿的三维测量。该补偿方法同时考虑了被测对象的运动对摄像机像平面上以及投影仪相位平面上对应点的影响,借助Lucas-Kanade金字塔光流法对摄像机像平面上的运动信息进行测算,再根据该运动信息采用五步相移法求解出了投影仪相位平面上的相位误差。同时还提出了一种可以同时降低相移法周期性和离群点影响的滤波器,进一步提升了相位误差的测算精度和补偿效果。此外,针对运动对相位展开过程的影响,本文根据求解出的相位误差提出了一种对相位展开进行运动误差校正的方法,实现了对灰阶码编码过程的运动补偿。仿真和实验表明该方法可以明显降低运动对相移法测量的影响,减少重建结果的运动波纹。（2）针对实际测量中变速运动... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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数字光栅投影三维测量系统示意图

第二章散焦数字光栅投影三维测量原理11过向被测物体投影多幅预先设计好的具有编码功能的光栅图案，对图像进行编码，并在后续解算相位信息时进行解码，求取每个像素点所在光栅条纹的阶次，根据主值相位和阶次信息可以获得每个点的绝对相位信息。通过灰阶码法来进行相位展开的过程是逐像素进行的，因此对阴影区域和噪声的影响不敏感。同时该方法图案简单，计算简洁，效率较高。图2-2灰阶码法求条纹阶次示意图图2-2以3幅光栅、8个码字为例，展示了灰阶码法与相移光栅阶次的对应关系。其中(a)-(c)为三幅灰阶码图案，(d)为灰阶码对应的二进制码字转换为十进制以后的数字，(e)为求出的码字对应的条纹周期数，即光栅阶次。在投影过程结束以后，将采集到的覆盖有灰阶码图案的被测对象图像二值化，得到二值图像，并根据其求解出对应像素点(x,y)上的阶次信息。首先根据同一点处的所有灰阶码图案确定码字。二值化以后，灰阶码图像中只有表示0和1的两种灰度值，可以得到“黑”对应“0”，“白”对应“1”。根据上图中的灰阶码图案，由于其为按时序投影，所以以第三幅灰阶码图案的周期为基准，可以得到每个点处的二进制码字应该有三位，将三幅灰阶码图案在同一个周期内所对应的码字从左到右分别填入对应的二进制数值位，可以分别得到0000，0001，0011，0010，0110，0111，0101，0100，这八个二进制数字。将这些二进制数字转换为十进制，即有0，1，3，2，6，7，5，4。根据这些十进制数字，可以转换得到该点处的条纹阶次k(x,y)，对应的阶次分别为0，1，2，3，4，5，6，7。最后，通过式(x,y)(x,y)2k(x,y)将主值相位展开，可以求得绝对相位分布。经过相位展开以后，可以得到被测对象上所有被测点的绝对相位分布，将被用于后续的三维点云重建。2.4投影仪标定

东南大学硕士学位论文14图3-1被测对象平行于基线方向运动时的测量示意图图3-2被测对象垂直于基线方向运动时的测量示意图图3-1展示了被测对象平行于基线方向的运动时对测量系统的影响,图3-2展示了被测对象垂直于基线方向的运动对测量系统的影响。图中d表示被测对象的像在相位平面上发生的移动，v表示被测对象的像在摄像机像平面上发生的移动，X表示被测对象上的一个已知点，S表示被测对象在现实世界中的运动，P和Q分别表示DLP投影仪和摄像机的光心，基线是一条穿过P和Q的直线。转换到三维坐标系中以后，可以通过将图3-1和图3-2中的两种运动组合成一个合向量来表示任意方向的运动。对图3-1、图3-2所示的运动，当被测对象运动速度足够快时，该运动可以被认为在每一帧之间是匀速的，即在光栅投影的每步之间都保持相同的运动。同时，根据Weise等人的研究[54]，在这种运动状态下，被测对象上每一个微小的区域都可以被视为是独立的平面，据此可以得到：


本文编号：2996866