基于孔径编码的被动测距与三维成像技术研究
发布时间：2021-04-15 09:24
三维成像技术在各个领域都获得了十分广泛的应用,而在军事目标三维信息的获取过程中,要求系统具有隐蔽性高、结构简单、体积小且适用于远距离目标等特点,通过获得目标各位置的距离即可进行三维成像,但传统的主动或被动式测距三维成像方法不能同时满足上述条件。因此,本文结合计算成像技术,采用手性相位掩模板孔径编码的方式对体积小且可远距测量的单目被动测距系统进行研究。在系统的光瞳处放置手性相位板,使得中间编码图像随物距而变化,从而提取出中间编码图像的深度信息进行三维成像。本文的主要研究内容包括:（1）孔径编码被动测距与三维成像技术理论研究。从孔径编码技术的编码和解码理论出发,分析了本文基于手性相位掩模板实现被动测距与三维成像的原理。（2）为深入了解系统性能,方便在不同技术指标要求下进行系统设计,对孔径编码系统的成像特性进行了分析。在频域和空域分析中给出了系统随离焦变化的光学传递函数和点扩散函数明确数学表达式。仿真分析了不同条件下系统和相位板参数对测距精度和范围的影响,可得精度随相位板宽度和间隔的增大、焦距的增大、像元尺寸的减小而变大。（3）手性相位板的优化与测距算法研究。本文利用Fisher信息理论对手...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构光法测距与三维成像原理示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3了学术界的强烈反响[3]。1984年，M.Oshima等人通过线结构光扫描被测物体，得到其三维空间信息，一定程度上提高了成像的效率[4]。2000年，Ku¨hmstedt等人采用光栅投影结构光的方式对目标场景进行三维成像，通过被测目标的旋转，得到了不同角度下的图片，降低了点结构光和线结构光情况下因目标遮挡导致的三维信息不全对成像结果造成的影响[5]。2002年，张广军、李鑫等人将结构光与双目视觉理论融合，使得该结构光法测距受外界干扰的效果较小，成像结果具有较好的精度和鲁棒性[6]。2007年Graebling等人采用具有编码图样的结构光，进一步减小了对目标纹理的限制，可对弱纹理物体进行成像，且提供了较高的精度和更快的成像时间[7]。2015年，蔡怀宇等人基于主成分分析的方法，提取了结构光的条纹中心，从而提高三维成像系统的测距精度[8]。2019年催巍等人就时间编码结构光测量速度慢、成像效率低的问题提出了一种基于硬件调整的优化方法，很大程度上提升了时间编码结构光法的成像速度[9]。图1-1结构光法测距与三维成像原理示意图图1-2光栅投影结构光三维成像结果
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5头是RGB彩色摄影机，用来采集彩色图像，左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线CMOS摄影机所构成的3D深度感应器，用来采集深度数据。2011年，微软研究院就基于Kinect进行开发，采用光学编码发射红外图样，通过分析采集到的红外图样的变化得到目标物体的深度信息和三维形态信息，再结合ICP算法可实现目标的实时三维成像，但是该方法只限制单一目标并且对显存的要求较高[21]。2012年，微软结合TSDF的点云融合算法，优化了三维成像的质量，通过并行GPU加速，优化了Kinect三维成像的实时性[22]。2014年，Izadi等人对Kinect三维成像进行了高斯滤波处理，使得成像结果质量大为改进，减弱了噪声的影响，与实际目标相比均方误差较小[23]。2015年，施逸飞等人提出了一种新型的点云分割算法，可从Kinect相机采集的点云数据中分割平面结构，提升了三维成像的准确度[24]。2016年，Whelan等人在Kinect三维成像过程中加入了闭环反馈约束，从而提高了对目标物体三维姿态信息估计的准确度[25]。2020年，赵书芳等人通过双阈值处理提出了一种导向滤波算法，用于优化Kinect三维成像的结果，使得重构目标边缘清晰、孔洞得以填充，准确识别人体动作[26]。图1-3KINECT体感摄影机1.2.2被动式三维成像技术研究现状近年来，无需主动照明、直接通过拍摄的二维平面图像进行处理即可得到被测目标物体的三维形貌图的被动式三维成像技术备受欢迎，根据成像探测器的个数，可以分为单目被动三维成像和双目被动三维成像技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向Kinect深度图像的导向滤波算法改进[J]. 赵书芳,汤汶,万韬阮,朱耀麟,武桐. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(03)
[2]时间编码结构光三维测量的提速策略和硬件方案分析[J]. 崔巍,罗玉洁,姜东怡,曾理. 内江科技. 2019(12)
[3]一种基于飞行时间相机的点云目标提取方法[J]. 侯飞,郑福,李国栋,韩丰泽,孙志斌. 激光与红外. 2019(11)
[4]基于视觉的三维重建关键技术研究综述[J]. 郑太雄,黄帅,李永福,冯明驰. 自动化学报. 2020(04)
[5]三维重建技术在胰腺浆液性囊腺瘤手术规划中的应用研究[J]. 刘盖,李晓锋,曾宪成,郑权,余智涛,温建燔,高鹏,张刚庆. 消化肿瘤杂志(电子版). 2017(02)
[6]基于KinectFusion的室内场景平面结构重建[J]. 蔡晨贾农,施逸飞,徐凯,党岗. 系统仿真学报. 2015(10)
[7]基于主成分分析的结构光条纹中心提取方法[J]. 蔡怀宇,冯召东,黄战华. 中国激光. 2015(03)
[8]空间微重力下离轴三反相机离焦范围[J]. 刘磊,马军,郑玉权. 中国光学. 2014(02)
[9]一种基于矩不变的离焦测距算法的研究[J]. 孙红艳. 电子技术. 2011(04)
[10]一种地形轮廓特征的立体视觉三维重建方法[J]. 魏振忠,李苏祺,张广军. 航空学报. 2009(06)
博士论文
[1]联合调制波前编码技术研究[D]. 吴益剑.北京理工大学 2017
[2]基于波前编码的红外系统焦深延拓特性研究[D]. 范哲源.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2015
[3]基于波前编码技术拓展三维集成成像系统景深的应用研究[D]. 王金刚.南开大学 2013
[4]脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究[D]. 胡春生.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]波前编码被动测距及三维成像技术研究[D]. 张云泽.哈尔滨工业大学 2019
[2]激光扫描测距系统关键技术研究[D]. 李庆莹.哈尔滨工业大学 2019
[3]飞行时间法成像系统与应用研究[D]. 王朋.湘潭大学 2019
[4]计算光学成像系统图像重构技术研究[D]. 谢逊.哈尔滨工业大学 2018
[5]波前编码三维成像系统的研究及实现[D]. 张星煦.浙江理工大学 2018
[6]基于双目视觉的三维人脸重建方法研究[D]. 徐强.福州大学 2014
本文编号：3139064
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构光法测距与三维成像原理示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3了学术界的强烈反响[3]。1984年，M.Oshima等人通过线结构光扫描被测物体，得到其三维空间信息，一定程度上提高了成像的效率[4]。2000年，Ku¨hmstedt等人采用光栅投影结构光的方式对目标场景进行三维成像，通过被测目标的旋转，得到了不同角度下的图片，降低了点结构光和线结构光情况下因目标遮挡导致的三维信息不全对成像结果造成的影响[5]。2002年，张广军、李鑫等人将结构光与双目视觉理论融合，使得该结构光法测距受外界干扰的效果较小，成像结果具有较好的精度和鲁棒性[6]。2007年Graebling等人采用具有编码图样的结构光，进一步减小了对目标纹理的限制，可对弱纹理物体进行成像，且提供了较高的精度和更快的成像时间[7]。2015年，蔡怀宇等人基于主成分分析的方法，提取了结构光的条纹中心，从而提高三维成像系统的测距精度[8]。2019年催巍等人就时间编码结构光测量速度慢、成像效率低的问题提出了一种基于硬件调整的优化方法，很大程度上提升了时间编码结构光法的成像速度[9]。图1-1结构光法测距与三维成像原理示意图图1-2光栅投影结构光三维成像结果
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5头是RGB彩色摄影机，用来采集彩色图像，左右两边镜头则分别为红外线发射器和红外线CMOS摄影机所构成的3D深度感应器，用来采集深度数据。2011年，微软研究院就基于Kinect进行开发，采用光学编码发射红外图样，通过分析采集到的红外图样的变化得到目标物体的深度信息和三维形态信息，再结合ICP算法可实现目标的实时三维成像，但是该方法只限制单一目标并且对显存的要求较高[21]。2012年，微软结合TSDF的点云融合算法，优化了三维成像的质量，通过并行GPU加速，优化了Kinect三维成像的实时性[22]。2014年，Izadi等人对Kinect三维成像进行了高斯滤波处理，使得成像结果质量大为改进，减弱了噪声的影响，与实际目标相比均方误差较小[23]。2015年，施逸飞等人提出了一种新型的点云分割算法，可从Kinect相机采集的点云数据中分割平面结构，提升了三维成像的准确度[24]。2016年，Whelan等人在Kinect三维成像过程中加入了闭环反馈约束，从而提高了对目标物体三维姿态信息估计的准确度[25]。2020年，赵书芳等人通过双阈值处理提出了一种导向滤波算法，用于优化Kinect三维成像的结果，使得重构目标边缘清晰、孔洞得以填充，准确识别人体动作[26]。图1-3KINECT体感摄影机1.2.2被动式三维成像技术研究现状近年来，无需主动照明、直接通过拍摄的二维平面图像进行处理即可得到被测目标物体的三维形貌图的被动式三维成像技术备受欢迎，根据成像探测器的个数，可以分为单目被动三维成像和双目被动三维成像技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向Kinect深度图像的导向滤波算法改进[J]. 赵书芳,汤汶,万韬阮,朱耀麟,武桐. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(03)
[2]时间编码结构光三维测量的提速策略和硬件方案分析[J]. 崔巍,罗玉洁,姜东怡,曾理. 内江科技. 2019(12)
[3]一种基于飞行时间相机的点云目标提取方法[J]. 侯飞,郑福,李国栋,韩丰泽,孙志斌. 激光与红外. 2019(11)
[4]基于视觉的三维重建关键技术研究综述[J]. 郑太雄,黄帅,李永福,冯明驰. 自动化学报. 2020(04)
[5]三维重建技术在胰腺浆液性囊腺瘤手术规划中的应用研究[J]. 刘盖,李晓锋,曾宪成,郑权,余智涛,温建燔,高鹏,张刚庆. 消化肿瘤杂志(电子版). 2017(02)
[6]基于KinectFusion的室内场景平面结构重建[J]. 蔡晨贾农,施逸飞,徐凯,党岗. 系统仿真学报. 2015(10)
[7]基于主成分分析的结构光条纹中心提取方法[J]. 蔡怀宇,冯召东,黄战华. 中国激光. 2015(03)
[8]空间微重力下离轴三反相机离焦范围[J]. 刘磊,马军,郑玉权. 中国光学. 2014(02)
[9]一种基于矩不变的离焦测距算法的研究[J]. 孙红艳. 电子技术. 2011(04)
[10]一种地形轮廓特征的立体视觉三维重建方法[J]. 魏振忠,李苏祺,张广军. 航空学报. 2009(06)
博士论文
[1]联合调制波前编码技术研究[D]. 吴益剑.北京理工大学 2017
[2]基于波前编码的红外系统焦深延拓特性研究[D]. 范哲源.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2015
[3]基于波前编码技术拓展三维集成成像系统景深的应用研究[D]. 王金刚.南开大学 2013
[4]脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究[D]. 胡春生.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]波前编码被动测距及三维成像技术研究[D]. 张云泽.哈尔滨工业大学 2019
[2]激光扫描测距系统关键技术研究[D]. 李庆莹.哈尔滨工业大学 2019
[3]飞行时间法成像系统与应用研究[D]. 王朋.湘潭大学 2019
[4]计算光学成像系统图像重构技术研究[D]. 谢逊.哈尔滨工业大学 2018
[5]波前编码三维成像系统的研究及实现[D]. 张星煦.浙江理工大学 2018
[6]基于双目视觉的三维人脸重建方法研究[D]. 徐强.福州大学 2014
本文编号：3139064
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3139064.html
最近更新
教材专著
