多灰度级格雷码三维测量技术研究

摘要

视觉三维测量技术是三维测量领域的重点发展方向,其中结构光法作为一种主动式三维测量方法具有成本低、分辨率高和速度快的优势并具有实用性,目前比较成熟的测量技术是二级灰度格雷码测量，通过结构光照射在被测物体上，将反射光接收并且编码和解码，最后恢复图案，这种方法不需要接触物体表面，而且拥有高抗干扰能力，适合测量珍贵物体，但是其需要10幅的图案才能完成整个测量任务，测量速度有限，因此，本文从成熟的两灰度级格雷码三维测量方法出发，针对被测物处于静态的场合，研究编码图案较少的多灰度级格雷码三维测量方法。
　　在对两灰度级格雷码编解码进行理论分析的基础上，采用多个灰度级形成编码图案，同等条件下保留了两灰度级格雷码的高抗干扰能力，并能有效减少编码图案数量、明显提高测量效率。以四灰度级五位格雷码为例对多灰度级格雷码编解码原理进行说明。为了进一步减少编码图案的数量，提高编码效率，将多灰度级格雷码与RGB彩色空间模型相结合，研究彩色多灰度级格雷码三维测量方法。
　　本文在两灰度级格雷码编码图像二值化方法的基础上，设计了多灰度级格雷码编码图像的归一化方案，研究了多灰度级格雷码多值化的阈值选取方法，进而对归一化后的编码图像进行自适应多值化。完成了多灰度级格雷码编码图像自适应多值化方法的实验验证。
　　采用多灰度级格雷码和彩色多灰度级格雷码两种测量方法对标准平面和复杂表面进行仿真实验和实际实验，实验结果表明，在850~1150?mm深度距离内，采用四灰度级格雷码测量方法，被测平面的方差小于2????mm,测量误差小于2 mm；采用彩色四灰度级格雷码测量方法，被测平面的方差小于2??mm，测量误差小于2.1 mm。重构的复杂表面光滑、细腻，较好地体现了被测表面的细节特征，与被测表面的视觉效果相同。实验结果验证了所研究的测量方法的有效性和可行性。
　　本文为结构光三维测量提供了高准确度和高采样密度的编解码方法及其理论与实验依据，促进了结构光三维测量技术的发展及应用。

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第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景

1.2 国内外在此领域的研究现状

1.3本课题主要研究内容

第2章 格雷码编解码原理及测量系统结构

2.1测量系统结构

2.2测量系统的数学模型

2.3两灰度级格雷码编解码原理

2.4多灰度级格雷码编解码原理

2.5彩色多灰度级格雷码编解码原理

2.6投射角的求取

2.7本章小结

第3章 多灰度级格雷码多值化技术研究

3.1两灰度级格雷码二值化

3.2多灰度级格雷码多值化

3.3本章小结

第4章 仿真测量实验和实际测量实验研究

4.1 仿真测量系统设计

4.2两灰度级格雷码测量方法仿真实验

4.3多灰度级格雷码测量方法仿真实验

4.4彩色多灰度级格雷码测量方法仿真实验

4.5实际测量实验研究

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢