条纹投影法中光栅条纹周期校正方法的研究

摘要

对于物体的三位轮廓测量在现代测量中有着非常重要的意义。由于在医学诊断、机器视觉、在线检测、逆求工程、自动控制、复杂物体三维建模、工程设计及许多其他生产过程中，对三维物体的非接触轮廓检测技术应用越来越广泛，人们在三维物体轮廓测量方面提出了越来越高的要求，其应用领域也变得越来越广泛。条纹投影法由于非接触、全场测量、具有较快的速度和易于信息处理等优点，成为三维轮廓测量的理想方法，在三维轮廓测量中有着重要的意义。基于相交轴的测量系统在三维轮廓测量中应用较多。该系统具有如下问题。第一，倾斜投影时，参考平面上的光栅条纹周期会出现展宽，它不是一个定值，往往采用平均值的方法求得。这将给测量带来误差，降低了测量精度。对于较大物体的测量，越偏离原点，条纹周期展宽得越厉害，测量精度越低。第二，传统的相移法，没有考虑参考平面上的光栅周期展宽问题，认为投影平面的光栅移动的相位和参考平面相位一致。但是由于是倾斜投影，他们相位并不一致。因此，迫切需要提出一种更为精确的校正方法。
　　根据参考平面上光栅条纹的周期变化规律，提出一种适用性好、可降低运算量、方便快捷的周期校正方法。根据该思路设计出光栅生成软件，该软件能生成一个条纹周期、相位变化规律与周期均匀的光栅倾斜投影到投影参考面上时得到的参考面上的光栅的变化规律相反的光栅。此周期非均匀的光栅通过投影仪倾斜投影后，一个周期均匀的光栅就会呈现在参考平面上。最后进行测量实验，在待测物体上投影将校正后的光栅，物体的三维轮廓即可重建出来。
　　在系统标定过程中，水平度、垂直度的局限在传统系统的标定技术中表现得非常明显。为了克服此局限，将最小二乘法与传统的系统标定方法结合对L，d这两个测量系统的相关参数进行标定。在此基础上，对于CCD相机内外部参数进行了详细的分析，并提出了标定方法。
　　实验结果表明，在三维物体轮廓的测量过程中，若利用本文提出的方法对光栅进行校正，然后进行三维物体轮廓的测量，其有较高的测量精度、较小的测量误差、较快的测量速度。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2选题依据、研究现状及意义

1.3论文研究的主要内容、章节安排

第2章 条纹投影法测量物体三维轮廓的光栅周期校正

2.1三维轮廓测量系统的工作原理

2.2条纹投影法的基本原理

2.3基于三角形测量的改进的光栅投影模型

2.4小结

第3章 具有周期校正功能的相移方法

3.1传统的四步相移法

3.2具有周期校正功能的四步相移法

3.3小结

第4章 相位解包裹及标定

4.1相位提取与相位解包裹

4.2系统标定

4.3 CCD相机的标定

4.4小结

第5章 实验

5.1光栅周期校正实验

5.2三维物体轮廓测量实验

5.3小结

第6章 误差分析

6.1实验方法讨论

6.2实验结果讨论

6.3测量结果的不确定度

6.4小结

第7章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间作者发表的论文

致谢

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