三维结构光视觉测量设备研制

摘要

三维结构光视觉测量设备是实现非接触式三维测量的一种全自动高精度立体扫描测量设备。通过结构光扫描的方式测量物体表面上点的三维坐标值，得到物体表面上点的立体信息，并利用计算机软件处理后得到物体的三维模型。具有便携、非接触、精度高等优点，广泛应用于工业设计、质量检测、逆向工程等多个领域。测量设备的精度是其重要技术指标，而照明设备内参数标定问题和照明设备与成像设备之间空间位置关系标定问题、高光反射等对成像质量和精度有直接的影响，需要对设备进行相机内参数标定、光学投射器内参数标定以及二者之间空间位姿关系进行标定，对高光反射图像进行抑制高光反射处理与高光去除。本课题主要描述三维结构光视觉测量设备的设计与实现。
　　本研究阐述了空间结构光原理及视觉测量设备的总体结构设计，介绍了结构光编码的两种方法，分析影响精度的因素，设计整个实验的测量流程，根据实验所需要的各项性能指标，对相机、光学投射器以及电气设备进行选型。论述了光学投射器和相机的成像控制，分析了对结构光编码、解码、匹配方法形式化，采用格雷码结合相位编码的照明方式，分析影响解码匹配精度的因素，实现了光学投射器触发与相机的同步控制和对光学投射器的信号源和光源进行了控制，为后续工作提供基础。分析了测量系统的特点和技术指标，对相机标定、投射器标定、相机和投射器空间关系标定算法进行形式化仿真，实现软件工程化，对视觉测量系统进行相机内参数标定、光学投射器内参数标定以及光学投射器与相机空间位姿关系标定。并对它们进行了精度评价和图像校正。最后对低反射物体及高光反射物体分别做测量实验，对测量结果进行分析，针对三维结构光视觉测量设备的特点提出了细节区域和高光反射区域的测量方法，对高光反射现象用插值填充图像区域的方法，恢复受损坏的图像、从图像中去除物体或降低图像噪声，最后测量实验结果精度达到目标要求。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研制目标

1.5 论文的主要内容

第2章 空间结构光原理及测量设备的总体结构设计

2.1 空间结构光测量原理

2.2 系统组成和结构

2.3 结构光编码方法

2.4 影响测量精度的因素

2.5 测量流程

2.6 测量流程

2.7 本章小结

第3章 光学投射器和相机的成像控制

3.1 结构光编码

3.2 光学投射器控制

3.3 本章小结

第4章 相机和光学投射器参数联合标定

4.1 相机内参数标定

4.2 光学投射器内参数标定

4.3 光学投射器和相机空间位姿关系标定

4.4 本章小结

第5章 物体三维测量方法及实验

5.1 高光反射现象分析

5.2 灰度图像高光检测

5.3 抑制高光反射的措施

5.4 物体三维测量实验与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢