基于线结构光的三维视觉表面测量系统关键技术研究

摘要

随着三维视觉测量技术在工业、航天和医疗等领域的广泛应用，越来越多的学者对其进行了研究，也涌现了出了很多优秀的测量技术。在众多的三维视觉测量技术中，基于线结构光的测量技术因其具有非接触性、实时性和较高的精度等优点而应用广泛。
　　在线结构光三维视觉表面测量系统中，当光束投射到物体表面之后就在物体的表面形成了光条，该光条会受到物体表面形貌的调制而变形。首先，用CCD摄像机采集到变形光条，然后进行摄像机标定，之后计算处理器就可以由二维图像上的光条位置来确定物体表面相应的空间坐标，最终还原物体的表面形貌特性。摄像机标定是这个过程中的一个关键步骤，在本文中采用了张正友的经典棋盘标定法。
　　在线结构光三维视觉表面测量系统中，光条中心提取这一步骤至关重要。本文在现有的光条中心提取算法基础上提出了一种新的提取算法。光条中心提取前的准备工作是要对采集的图像进行预处理，在该算法中滤波法采用的是中值滤波，采用最大类间方差法进行图像阈值分割，然后用阈值法粗提取出光条中心线，接下来通过微分中值定理计算出条纹的近似法线方向，然后在法线方向用重心法来获得光条中心。该算法省去了Hessian矩阵计算法向的复杂过程，提取速度较快，而且提取精度高，有很强的实用性。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的组织结构

2 结构光三维视觉表面测量技术原理

2.1 结构光三维视觉测量方法概述

2.2 线结构光的产生

2.3 线结构光测量原理

2.4 线结构光测量模型

2.5 线结构光三维视觉测量技术误差分析

2.6 本章小结

3 摄像机标定

3.1 摄像机标定过程中常用的几种坐标系

3.2 线性摄像机模型

3.3 非线性摄像机模型

3.4 摄像机标定

3.5 本章小结

4 光条中心提取算法研究

4.1 光条纹的特点

4.2 图像预处理

4.3 光条中心提取方法研究

4.4 本章小结

5 实验结果分析

5.1 摄像机标定实验

5.2 光条中心提取实验

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢