基于结构光的三维信息获取技术的研究

摘要

在机器视觉测量中，结构光的三维信息获取技术由于其高准确性、低成本、快速、易于操作等优点成为一种越来越重要的主动式非接触光学测量方法，在工业检测、逆向工程、快速原型、模具、医学、文物保护等方面得到了广泛的发展。结构光测量是基于光学三角法测量原理，一般由一个相机、一个投影仪和一台数据处理电脑组成，由投影仪投射结构光到物体表面，相机采集畸变图像，送到计算机处理，恢复三维形貌。
　　本文对基于结构光的三维信息获取技术进行了初步研究，主要完成了以下工作：
　　第一，介绍了基于结构光的三维信息获取技术的相关知识，研究了结构光的编码方法。
　　第二，标定是结构光三维信息获取技术中的关键一步，其标定准确性直接影响测量系统的结果。本文建立了结构光系统标定的数学模型、畸变模型、平面标定模型、三维空间坐标同二维图像坐标之间的转换关系。
　　第三，基于镜头的畸变规律，提出了一种新型的系统标定方法，即：以光轴为中心分隔同心圆环，形成多个子标定区域，通过反向投影标定法一一进行标定。此法充分考虑到了大视场和透镜光学单元畸变不一的影响，提高了局部和全局标定精度。实验表明，在扩大视场约为1050 mm×750 mm时，分为两区域的投影仪标定精度提高了72.8％，系统测量精度达到28.9μm，展示了本法对畸变更好的处理效果。
　　第四，构建了物体三维点云获取的数学方法，建立三维空间物像关系，通过图像处理、特征提取、解码等步骤获取深度信息，进而完成扫描系统的三维重建。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2结构光三维信息获取技术研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章 相关背景知识介绍

2.1三维信息获取技术概述

2.2结构光法概述

2.3本章小结

第三章 结构光编码

3.1时间编码

3.2空间编码

3.3直接编码

3.4本章小结

第四章 结构光系统标定

4.1标定模型

4.2标定方法概述

4.3分区域标定法

4.4本章小结

第五章 三维重建

5.1图像处理

5.2实验

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢