数字条纹投影三维测量技术研究

发布时间：2017-12-26 04:40

  本文关键词：数字条纹投影三维测量技术研究　出处：《深圳大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 条纹投影 三维测量 相位误差 相位映射 光场成像

【摘要】：数字条纹投影三维测量技术具备非接触式、高普适性、高分辨率、高精度、高速等优点,是光学三维测量领域最具代表性的技术之一,在国防安全、先进制造、医疗诊断、文化教育、影视娱乐等领域有着广泛应用。本文围绕数字条纹投影三维测量技术中的非线性响应、三维重建效率和高动态范围三维重建问题开展相关研究,探索通用的非线性相位误差模型及补偿方法、灵活高效的基于相位映射的三维重建方法和单组条纹图像的主动光场三维重建方法。在数字条纹投影三维测量中,数字投影仪和相机之间的非线性响应带来较大相位误差,是三维测量的一个重要误差源。现有的非线性相位误差模型和补偿方法普遍仅适用于特定相移步数的条纹投影三维测量,当改变相移步数时,通常需要重新建立相位误差模型。针对该问题,本文使用幂律响应对非线性相位误差进行推导,建立一个通用的相位误差模型,该模型可适用任意相移步数的条纹投影三维测量,并基于该模型分别提出主动和被动两种相位误差补偿方法。实验验证了这两种方法能够有效准确补偿非线性相位误差。此外,当前非线性相位误差补偿方法均需借助额外的相位基准构建、gamma标定、响应曲线拟合等辅助条件,影响方法的灵活性和稳健性。本文借助希尔伯特变换在信号中引入?2相移的性质,提出一种基于希尔伯特变换的非线性相位误差补偿方法,该方法无需借助额外的辅助条件即可自适应补偿非线性相位误差。实验结果证实在三步相移法中相位误差减少80%,在四步或以上相移法中减少大于95%。数字条纹投影三维测量有两种三维重建的方法:相位-高度映射和立体视觉。相位-高度映射能够将相位高效地映射到高度坐标,但由于系统结构的限制导致应用灵活性较低;立体视觉采用灵活的双目结构,但由于耗时的对应点搜索过程导致三维重建效率较低。本文基于立体视觉模型进行严格推导,证明了相位不仅可以映射高度坐标(Z),还可以映射横向坐标(X,Y),由此提出一种数字条纹投影相位-三维映射方法,该方法结合相位-高度映射和立体视觉的优点,并提出一种两步标定方法进行相位-三维映射系数标定,实现灵活高效的三维重建。实验验证了该方法的三维重建效率是立体视觉方法的80倍。数字条纹投影高动态范围三维重建方法通常需要在不同的视点或光学参数下采集多组条纹图像,从而重建出高动态范围物体表面的有效三维数据,这类方法实验操作繁琐且数据处理复杂。本文借助光场成像记录光线方向的特性,将光场成像技术引入到数字条纹投影三维测量中,提出一种数字条纹投影主动光场三维重建方法,该方法利用不同方向光线的相位-深度映射实现多方向三维重建,并提出一种灵活的光线标定方法确定每条光线的映射系数,由此实现单组条纹图像的高动态范围三维重建。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

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