多线结构光深度图像获取及其图像处理的研究

摘要

随着科学技术和人类认识世界需求的不断发展，传统的机器视觉已经不能满足人们对三维物体识别的要求。深度图像具有物体三维特征信息，即深度信息。由于深度图像不受光源照射方向及物体表面的反射特性的影响，而且不存在阴影，所以可以更准确地表现物体目标表面的三维深度信息。 结构光法获取深度图像是近一段时期获取深度图像的研究热点之一。而多线结构光法是一种全新的研究趋势。采用多条纹结构光获取深度图像，方法简单，图像摄取量少，处理速度快，整个装置结构简单，容易加工。而且通过计算机设计的结构光条纹可以提高目标视场的空间分辨力，准确地获得目标上各点的深度数据，并且深度图像准确反映出目标的外形轮廓和几何特征，可以满足不同分辨力的要求。 该研究介绍了多线结构光获取深度图像构成原理，建立了通过条纹颜色确定多线结构光的标志条纹的方法，进行目标三维测量的数学模型，设计了多线结构光深度图像获取装置，以及对投射源和图像传感器进行标定。针对深度图像进行了预处理与边缘检测的理论研究和实验。 采用该论文中设计的多线结构光深度图像获取装置获取了深度图像，并进行了图像处理。实验结果表明：多线结构光获取深度图像速度快，利用深度图像处理技术，能够有效地检测出目标的外轮廓和角点，以及角点凸凹性的确定，检测出的边缘结果更加准确，被检测目标边缘的几何特征更加可靠。该方法可以应用于三维目标的图像分析和识别技术中。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2深度图像获取技术的国内外现状

1.2.1激光雷达深度成像

1.2.2立体视觉技术

1.2.3坐标测量机法

1.2.4莫尔条纹法

1.2.5结构光法

1.3深度图像处理的国内外现状

1.3.1深度图像的发展

1.3.2深度图像边缘检测技术

1.3.3基于神经网络的深度图像处理

1.3.4基于图像融合技术的深度图像处理

1.3.5深度图像分析

1.4本文主要研究工作

第2章多线结构光系统原理

2.1引言

2.2主动式三角测量原理

2.3单线结构光法

2.4多线结构光法

2.5多条纹结构光投影角的确定方法

2.6本章小结

第3章视场角标定与系统设计

3.1物镜视场角的标定

3.1.1图像传感器物镜视场角标定

3.1.2基于针孔摄像机模型的标定方法

3.1.3改进的镜头视场角的标定方法

3.1.4投射源视场角的标定

3.2系统设计必须要考虑的因素

3.2.1可测空间

3.2.2遮挡特性

3.3结构光深图像获取装置系统参数的确定

3.3.1测量装置结构参数确定

3.3.2量化误差验证结构参数设计

3.4软件设计

3.4.1图像的二值化

3.4.2条纹图像的细化

3.4.3深度图像的计算

3.5本章小结

第4章深度图像处理及软件设计

4.1引言

4.2深度图像的预处理

4.2.1深度图像的平滑滤波

4.2.2选择平均

4.2.3加权平均

4.3深度图像的边缘检测

4.3.1用深度图像检测物体的外轮廓

4.3.2深度图像内部棱点(角点)检测

4.4深度图像处理软件设计

4.4.1差敏加权滤波软件设计

4.4.2深度图像轮廓检测软件设计

4.4.3内部棱点检测软件设计

4.5本章小结

第5章实验结果

5.1图像传感器物镜视场角标定实验结果

5.2投射源物镜视场角标定实验结果

5.3深度图像获取及图像处理结果

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢