非接触三维形貌检测方法的研究

摘要

经过三十多年的发展，非接触三维形貌检测技术在工业检测、质量控制、海洋勘探、医学测量、虚拟现实等很多领域中得到了广泛的应用。在这种巨大的应用需求的推动下，光学三维检测技术作为非接触三维形貌检测技术的重要分支，应用越来越广泛，但由于检测对象形貌、尺寸各异，所以最大限度使检测方法的易用性和精度得到平衡就显得更加重要。在面阵CCD相机和数字投影技术快速发展的背景下，相位测量轮廓术（PMP）以其测量范围广，测量精度高的优势取得了更多的重视，其中，投影栅线法以其光路、原理简单，对设备要求低，精度和自动化程度高于同类方法等特点脱颖而出。
　　本文首先阐述了三维形貌检测技术的基本分类和发展过程，描述和分析了各种检测技术的优缺点。选择了对投影栅线法及位相分析技术进行深入的探讨。为保证检测的精度，对栅线节距的修正和坐标系统及参数的标定进行了研究。在此基础上，为进一步避免误差，给出了双频投影栅线法及其位相展开方法，对双频投影栅线法的改进方法进行了研究，并从理论上分析了这种方法的特性和优势。
　　最后，以双频投影栅线法及其位相展开方法为基础，采用丹麦JAI公司的CV-A50模拟黑白CCD相机（有效分辨率为752×582），日本东芝公司的TDP-P8投影机（有效分辨率为1024×768）以及ALTERA公司的条纹投影器控制母板等硬件组成了条纹投影采集系统，利用该采集系统与自主开发的系统控制和处理软件和Geomagic Studio软件一起建立了一套非接触形貌检测系统，对该实验系统的精度和易用性进行了实验研究。利用该检测系统实现了对一个飞机模型的三维形貌检测并进行了三维重建，说明其具有一定的可用性和实用性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外的研究进展

1.3光学三维形貌检测技术概述

1.4 光学三维形貌检测系统概述

1.5 光学三维形貌测量研究中要解决的问题

1.6 课题概要

第2章 投影栅线法及位相分析技术

2.1 投影栅线法概述

2.2 投影栅线法的基本原理

2.3 位相检测技术概述

2.4 相移技术的基本原理

2.5 本章小结

第3章 栅线节距的修正及参数标定研究

3.1 基本公式

3.2 投影栅节距P iA的修正

3.3 坐标系统的建立方法

3.4 几何参数的标定方法

3.5 标定实验及结果分析

3.6 本章小结

第4章 双频投影栅线法的改进研究

4.1位相与物体高度的关系

4.2双频投影栅线法的原理概述

4.3双频投影栅线法的改进方法研究

4.4 本章小结

第5章 非接触三维光学形貌检测系统的实验

5.1 实验系统

5.2实验系统精度的测定

5.3实验过程

5.4实验结果

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢