随机编码结构光在快速三维测量中的应用研究

摘要

三维测量技术目前已广泛应用于逆向工程、产品检测、物体识别等诸多领域,但是这些多为静态物体或场景的测量,实际生产生活中还往往需要能够实现对动态场景的快速三维测量。快速三维测量技术在产品在线高速检测、人体检测等领域具有很好的应用前景。在保证测量速度的情况下,如何提高测量精度和测量分辨率是快速三维测量中研究难点。
　　本文的研究目标是实现一种随机编码结构光投影和双目立体视觉相结合的双摄像机单投影仪快速三维测量系统。该测量系统通过投影单幅随机编码图案,采用两个摄像机获取被测目标物体图像,快速地实现被测物体三维测量,输出稠密三维点云数据,并且具有较好的鲁棒性和较高的精度。测量过程只需单次拍摄,因此能够实现动态场景的快速测量。研究内容主要包括:
　　(1)研究基于随机编码结构光的快速三维测量技术。基于随机编码原理,设计随机编码结构光图案,投影该图案使得被测物体表面具有丰富的纹理信息。构建了投影随机编码结构光和双目立体视觉相结合的快速三维测量系统。
　　(2)研究摄像机标定技术。采用平面模板两步法对单个摄像机标定以及两台摄像机之间的立体标定,实验结果表明,研究的标定方法操作简便,具有较高的标定精度。
　　(3)研究基于随机编码结构光的立体匹配技术。通过极线校正,提高了立体匹配速度;采用随机编码结构光投影和区域立体匹配算法,实现稠密并且较好鲁棒性的立体匹配。
　　(4)研究并开发了一种随机编码结构光投影的双目立体视觉快速三维测量系统。对标准平面等标准件的三维测量实验表明,该测量系统具有较高的测量精度。通过对动态人体进行三维测量实验,验证了系统能够实现快速三维测量;

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 快速三维测量技术的国内外研究现状

1.3 基于随机编码结构光的快速三维测量技术概述

1.4 本文的研究内容

1.5 本文的组织结构

2 双目立体视觉系统建模与标定

2.1 双目立体视觉系统建模

2.2 传统的摄像机标定方法分析

2.3 系统标定

2.4 系统标定实验结果及分析

2.5 本章小结

3 基于随机编码结构光的立体匹配

3.1 立体匹配算法原理

3.2 立体匹配算法实现

3.3 随机编码结构光投影的立体匹配实验

3.4 本章小结

4 系统测量精度评价实验与分析

4.1 系统结构参数对测量精度影响的理论分析

4.2 系统标定精度评价实验

4.3 立体匹配精度评价实验

4.4 系统测量精度评价实验

4.5 本章小结

5 基于随机编码结构光的快速三维测量系统开发与应用验证

5.1 系统硬件总体框架

5.2 系统软件设计

5.3 三维测量应用实例

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表的论文

致谢