双频多周期模拟编码光相位展开方法研究

摘要

时间编码结构光三维测量技术在视觉三维非接触测量领域具有较广阔的发展前景，可应用于医疗、工业和考古等行业，而多周期模拟编码结构光具有高分辨率，高采样密度和测量速度较快等点，但多周期模拟编码结构光需要进行相位展开，针对此问题，本文设计了一种基于双频模拟编码结构光的相位展开方法，实现对多周期模拟编码结构光准确的相位展开。
　　首先，本文阐述了所设计的基于双频模拟编码光的相位展开方法的原理，并通过数学推导得到所设计相位展开方法的理论数学模型及相位展开公式;此外，针对实际应用环境，本文对所设计的相位展开方法进行了误差分析，给出了该方法在实际应用中的容错范围;针对应用本文所设计相位展开方法时模拟编码结构光周期的选取，本文进行了理论分析，给出了所适用的模拟编码结构光的周期范围。
　　其次，本文对多周期模拟编码结构光的两种编解码方法:相移法和强度比法的原理进行了研究，并对两种编解码方法的具体应用:余弦相移法和梯形相移强度比法进行了研究;针对两种多周期模拟编码结构光不，本文设计模拟仿真实验，利用本文所设计的相位展开方法，分别对两种多周期模拟编码结构光进行相位展开仿真实验，验证了本文所设计相位展开方法的普遍性和适用性。
　　最后，本文设计构建了结构光三维测量系统，针对本文所设计的相位展开方法进行实验室环境下的实际实验;首先，完成了对三维测量系统中摄像机和投影机的标定;其次，针对标准平面，分别在15个不同位置，利用多周期余弦相移法进行测量，并分别利用传统的双频外差法和本文所设计的相位展开方法进行相位展开，实验结果显示，利用双频外差法所获得的测量结果在15个位置的平均均方根误差为1.08mm，而利用本文所提的相位展开方法所获得的测量结果在15个位置的平均均方根误差为0.62mm，验证了本文所设计相位展开方法具有更高的准确性;此外，针对标准形状、复杂曲面，利用本文所设计相位展开方法进行了三维重构实验，重构结果逼真，重构表面光滑细腻，细节清晰，验证了本文所设计相位展开方法对标准形状以及复杂曲面的适用性;最后，针对实际应用，本文对陶瓷盘以及人脸进行了三维重构实验，实验结果较好的完成了对陶瓷盘以及人脸的重构，验证了本文所提相位展开方法在实际应用中的前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 模拟编码光编解码方法研究现状

1．2．2 相位展开方法研究现状

1．3 本文主要的研究内容

第2章 双频相位展开方法原理

2．1 引言

2．2 双频相位展开方法原理

2．3 双频相位展开方法适用范围

2．4 周期模拟编码光的周期选择

2．5 本章小结

第3章 多周期模拟编码方法及其相位展开

3．1 引言

3．2 相移法及其展开

3．2．1 相移法

3．2．2 多周期余弦相移编码光及其相位展开

3．3 强度比法及其展开

3．3．1 强度比法

3．3．2 多周期梯形相移强度比编码光及其相位展开

3．4 本章小结

第4章 测量系统的构建与实验

4．1 引言

4．2 测量系统的构建及标定

4．2．1 摄像机的标定

4．2．2 投影机的标定

4．3 实验与分析

4．3．1 平面实验

4．3．2 标准形状实验

4．3．3 复杂曲面实验

4．3．4 实际应用实验

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果

致谢