参考平面校正技术和多频段相移相位展开研究

摘要

本论文从结构光测量系统的原理出发，针对结构光系统组成复杂多样的问题，解决测量系统中校正技术、卷叠相位展开算法和噪声补偿技术等问题。校正技术是每个测量系统都要用到的关键技术，本论文从参考平面的角度出发，对测量系统进行建模，其中相机和投影仪使用针孔相机模型建模，测试平面和参考平面使用一组平行平面建模，利用矩阵计算的方式进行推导，提出了一种基于参考平面的通用校正方法。在这种方法中，高度的倒数和相位偏移（线条的垂直距离偏移）的倒数成简单的线性关系，并且参考平面、相机和投影仪可以是任何方向和位置，对系统中各个部分之间的相对位置关系没有要求，并且完成了线条投影结构光测量系统和相位结构光测量系统在校正方法上的统一，适用范围广，并且操作简单，待校正的参数少，效率高。
　　 针对双振镜扫描系统校正过程繁琐并且精度低的问题，提出了一种近似相机模型的校正方法。此方法从双振镜扫描系统和相机系统的相似性出发，使用针孔相机模型对双振镜扫描系统进行建模，提出了含有12 参数的各向异性的镜头畸变模型来量化双振镜扫描系统的畸变，并使用Levernberg-Marquardt 非线性优化算法估计参数值。实验证明，此方法具有精度高，效率高等特点。
　　 卷叠相位展开算法，在整个结构光测量领域始终都是一项重要的研究内容，针对卷叠相位展开算法复杂、容易出错等问题，提出了一种多频段和相移结合的卷叠相位展开算法，这种算法利用了普通商用相机（投影仪）的红色通道和蓝色通道光谱不重叠的特性，把其中一个通道作为背景相位通道，另外一个通道作为测量相位通道，背景相位通道的条纹周期比测量相位通道的周期长。使用背景相位通道的相位辅助测量相位通道的卷叠相位展开，可以一次性的得到测量相位通道的绝对相位，而且可以避免误差的扩散，鲁棒性好；同时使用相移的方法，解决边界处的卷叠相位展开问题，在卷叠相位展开的整个过程中，都不需要考虑相位区域之间的位置关系，速度快，效率高。
　　 噪声处理技术也是结构光测量中的一个很重要的技术，在结构光测量系统中，投影光强在低环境光照强度下呈现指数传播特性，并且存在着严重的乘性噪声，大大降低了测量的准确性，针对这个问题，利用乘性噪声随信号强度变化的特性，本论文提出了一种基于/3 π 相移的噪声补偿算法。经过相移，信号的强度反转，噪声强度相应反转，相移前和相移后的噪声叠加取平均，就可以达到噪声补偿的效果。这种算法简单易用，可以大大消除乘性噪声，提高测量的精度。图像特征提取算法，作为整个结构光测量系统软件处理的一个重要部分，在本论文中也有提及。
　　 在解决了上述结构光测量系统中的上述几个问题后，根据结构光测量的非接触性、快速性和高效性等优点，针对不同的应用领域，开发了出了锡膏激光测厚仪、人像三维测量设备、电网目标测距系统三套不同的结构光测量系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 结构光测量系统的校正技术

3 多频段和相移结合的卷叠相位展开算法

4 基于π/3相移的噪声补偿算法和图像特征提取算法

5 校正、相位展开等技术的综合实验验证

6 校正、相位展开等技术在结构光测量系统中的应用

7 全文总结

致谢

参考文献

附录