基于数字光栅投影的三维测量关键技术研究

发布时间：2021-12-30 07:55

　　客观世界是以三维的形式存在的,在观察和认识世界的过程中,双眼和大脑将观测的画面以立体的形式呈现在我们的认知中。随着科技的发展,人类已经不满足于通过传感器得到物体的二维信息,如何获取物体的三维信息成为研究的热点。其中,数字光栅投影三维测量技术是非接触式三维成像和测量技术中最具代表性的一种。因为其精度高、分辨率高、成本较低、速度快等特点,已成为应用最广泛的三维测量技术。但是该技术仍然存在系统标定精度受限、存在投影仪非线性效应和测量速度受限等问题。围绕这些问题,本论文主要研究了投影仪的模型及标定方法,提出了一种基于坐标映射的投影仪标定改进方法和二种基于坐标变换的投影仪标定改进方法;研究了二值光栅离焦投影技术的原理及不同二值模式的性能,并提出了一种多频二值离焦方法。本论文主要工作内容包括三个方面:1)研究了基于坐标映射的投影仪标定方法,分析了其精度受限的原因和误差形成的原因。提出将像素级轮廓映射拟合方法改进为亚像素级轮廓映射拟合方法。对中心点直接映射方法、像素级轮廓映射拟合方法和所提出的亚像素级轮廓映射拟合方法进行了对比,实验证明亚像素级轮廓映射拟合方法标定精度更高。对同心圆中不同半径的圆形标... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

三维重建技术应用近年来，随着高性能传感器和计算设备的发展，三维测量技术越来越受到研究者的重视，从宏观到微观都可以构建出物体的模型

第1章绪论3图1.2三维测量技术分类接触式方法是通过物理方式触摸探测三维物体表面来测量和重建三维模型。三种典型的接触方法是三坐标测量机(CMM)[12,13]和扫描隧道显微镜(STM)[14]。三坐标测量机，它有一套精确的托架系统，通过探针臂接触被测物体表面获得相应几何信息。它的原理是使用传感器监视探头的位置，当探针与物体表面上的离散点接触时，测量该点的位置，接着探针移动到另一个离散点，直到所有感兴趣的点都被测量。该设备通常用于工业制造中，对部件进行逆向工程，在此基础上设计并进一步完善。扫描隧道显微镜在材料表面能达到极高精度的三维成像。当设备接触尖端接近材料表面时，它们之间会发生电压差，通过所得到的电流可以计算出尖端的位置，监测尖端扫描表面时的电流，即可得到目标表面图像。由于深度测量精度可以达到0.01纳米，因此能够对材料中的单个原子成像。该设备的测量条件非常苛刻，如特殊的工作介质和温度、稳定的物体表面、尖锐的探尖等。虽然接触式设备测量精度可以达到非常高的微米甚至纳米级别，但它也有难以克服的自身缺陷：因为系统使用的物理探头需要逐点接触物体表面，每一个离散点需要一次接触和测量，极大的限制了测量的速度和效率；由于物理接触的必要性，会对被测物体表面造成划伤和挤压，造成对物体不可逆的损坏。因此这种方式不适于测量柔软物体，会造成较大的测量误差；不适合测量复杂形状，表面变化剧烈的如带孔径的物体；而且接触方法需要良好的工作条件和出色的探头控制系统才能达到高性能。因此，接触式测量设备非常昂贵。如图1.3所示，图（a）为德国蔡司公司的ZEISSSPECTRUM三坐标测量机产品图，图（b）为浙江大

接触式方法典型应用：（a）三坐标测量机，（b）扫描隧道显微镜

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于彩色栅线的结构光动态三维测量技术研究[J]. 韦争亮,钟约先,袁朝龙.  光学技术. 2009(04)
[2]彩色栅线动态三维测量中自适应相关匹配技术[J]. 韦争亮,钟约先,袁朝龙.  光学学报. 2009(04)
[3]小波变换轮廓术的测量范围研究[J]. 孙娟,陈文静,苏显渝,边心田.  光学学报. 2007(04)
[4]采用罗奇光栅离焦投影的位相测量轮廓术[J]. 苏显渝,周文胜.  光电工程. 1993(04)

博士论文
[1]数字投影结构光三维测量方法研究[D]. 张万祯.浙江大学 2015



本文编号：3557782