光栅投影三维测量关键技术研究

发布时间：2021-01-10 10:50

　　光栅投影三维测量技术具有非接触、高精度、高速度、低成本和全场测量等特点,在工业检测、逆向工程、文物保护、仿生设计、人体建模和医学诊断等领域应用广泛。光栅投影三维测量的关键技术主要包括光栅条纹的非正弦性校正、测量系统标定、解相位（相位计算）以及三维点云配准等。本文主要围绕光栅条纹的非正弦性校正和解相位技术两个方面展开研究,重点对解相位精度、测量效率以及特殊物体、动态物体的三维测量等问题进行研究。（1）由于测量系统的非线性响应,导致相机采集的光栅条纹不具有良好的正弦性,从而降低了解相位精度。虽然双N步相移算法可以较大程度地减小相位误差,但需要增加一倍的投影条纹数量。为此,提出了两种误差校正方法。一是相位误差自校正算法,该方法将原包裹相位变换后,得到类似于双N步相移法中的附加包裹相位,并融合两个包裹相位以达到减小误差的目的。实验结果表明,相较于传统相移算法,所提算法的测量误差降低了34.2%,相较于现有的双N步相移算法,测量效率提高了48.4%。二是基于彩色条纹投影的相位误差校正技术,该方法将原始和附加相移条纹融入到一幅彩色图像的两个通道中,采集图像的两通道信息分离后,分别求解两包裹相位信息... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：170 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号对照表
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 三维测量技术简介
        1.1.2 三维测量技术应用
    1.2 国内外研究现状与本文研究思路
        1.2.1 光栅投影三维测量相位误差校正方法
        1.2.2 基于改进遗传算法的快速最短枝切搜索算法
        1.2.3 光栅条纹二维小波变换小波脊提取算法
        1.2.4 大范围反射率变化物体的高速三维测量技术
        1.2.5 动态物体三维测量技术
    1.3 本文的研究内容与章节安排
2 光栅投影三维测量相位计算方法
    2.1 引言
    2.2 包裹相位计算
        2.2.1 相移法
        2.2.2 傅里叶变换法
        2.2.3 小波变换法
    2.3 展开相位计算
        2.3.1 空间相位展开
        2.3.2 时间相位展开
    2.4 仿真与实验对比分析
        2.4.1 单幅条纹相位计算
        2.4.2 多幅条纹相位计算
    2.5 小结
3 光栅投影三维测量相位误差校正方法
    3.1 引言
    3.2 误差分析
    3.3 基于双N步相移法的误差补偿
    3.4 相位误差自校正算法
T计算方法">        3.4.1 P_T计算方法
        3.4.2 改进组合包裹相位计算
        3.4.3 光栅条纹频率合理选择
        3.4.4 ESCA测量精度对比与分析
        3.4.5 实验对比与分析
    3.5 基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术
        3.5.1 彩色光栅条纹设计
        3.5.2 实验对比与分析
    3.6 小结
4 基于改进遗传算法的快速最短枝切搜索算法
    4.1 引言
    4.2 最短枝切线问题
    4.3 基于改进遗传算法的快速最短枝切搜索算法
        4.3.1 编码方法
        4.3.2 适应度函数
        4.3.3 BCMGA
        4.3.4 BCMGA与传统遗传算法的区别
    4.4 仿真与实验对比分析
        4.4.1 仿真对比与分析
        4.4.2 实验对比与分析
    4.5 小结
5 光栅条纹二维小波变换小波脊提取算法
    5.1 引言
    5.2 基于权值优化价值函数的二维小波变换小波脊提取算法
        5.2.1 价值函数
        5.2.2 改进的候选点选取方法
        5.2.3 算法流程
        5.2.4 价值函数的权值调整
    5.3 基于改进价值函数的二维小波变换小波脊提取算法
        5.3.1 改进的价值函数
        5.3.2 改进的候选点选取方法
        5.3.3 算法流程
        5.3.4 价值函数的权值调整
    5.4 仿真与实验对比分析
        5.4.1 不同二维母小波的性能对比
        5.4.2 小波脊提取算法的对比
    5.5 小结
6 大范围反射率变化物体的高速三维测量技术
    6.1 引言
    6.2 大范围反射率变化物体的高速三维测量技术
        6.2.1 条纹图像分析
        6.2.2 参数选择和DLP的多色光投影
        6.2.3 条纹二值化
        6.2.4 投影仪的离焦技术
        6.2.5 最优条纹的选择
        6.2.6 算法流程
    6.3 实验对比与分析
        6.3.1 测量系统的构建
        6.3.2 不同条纹的测量精度对比
        6.3.3 投影仪离焦的测量精度对比
        6.3.4 测量效率的对比
        6.3.5 大范围反射率变化物体的测量结果分析
    6.4 小结
7 动态物体三维测量技术
    7.1 引言
    7.2 变形过程物体的三维测量
        7.2.1 基于二维空间相位展开的变形过程物体的三维测量
        7.2.2 基于三维空间相位展开的变形过程物体的三维测量
    7.3 刚性运动物体的三维测量
        7.3.1 刚性运动物体三维测量的新方法
        7.3.2 实验验证与分析
    7.4 小结
8 光栅投影三维测量技术工程应用
    8.1 引言
    8.2 基于高速三维测量技术的手语学习
    8.3 小尺寸物体的三维测量
    8.4 高温锻件三维测量技术探究
9 总结与展望
    9.1 总结
    9.2 展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速动态三维面形测量[J]. 王建华,杨延西.  应用科学学报. 2018(06)
[2]基于彩色伪随机编码结构光的三维重建方法[J]. 王国新,汝洪芳,朱显辉.  黑龙江科技大学学报. 2018(04)
[3]基于改进价值函数和三维相位展开的动态三维测量方法研究[J]. 王建华,杨延西.  仪器仪表学报. 2018(06)
[4]基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法[J]. 王建华,杨延西,马晨.  仪器仪表学报. 2017(12)
[5]改进的基于代价函数的小波脊相位提取算法[J]. 王勇,饶勤菲,闫河,王李福,邹辉.  光电子·激光. 2016(07)
[6]二值条纹高速离焦投影的旋转风扇面形测量[J]. 熊倩,陈露,张启灿.  光学与光电技术. 2016(03)
[7]几种时间相位展开方法的比较[J]. 赵文静,陈文静,苏显渝.  四川大学学报(自然科学版). 2016(01)
[8]一种新的质量图引导的路径预测区域增长算法[J]. 刘颖,张瑞峰,陈相舟,李锵,纪鑫,汪洋.  光电工程. 2016(01)
[9]利用Hilbert变换提高傅里叶变换轮廓术的测量范围和精度[J]. 骆凤,陈文静,苏显渝.  激光与光电子学进展. 2015(11)
[10]A correction method of color projection fringes in 3D contour measurement[J]. 宋丽梅,李宗艳,陈昌曼,习江涛,郭庆华,李晓捷.  Optoelectronics Letters. 2015(04)

博士论文
[1]基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D]. 刘永久.中国科学技术大学 2014
[2]基于工业摄影和机器视觉的三维形貌与变形测量关键技术研究[D]. 肖振中.西安交通大学 2010
[3]基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D]. 李中伟.华中科技大学 2009
[4]基于彩色编码的结构光动态三维测量及重构技术研究[D]. 韦争亮.清华大学 2009
[5]基于时间相位展开的三维轮廓测量研究[D]. 岳慧敏.四川大学 2005



本文编号：2968575