空间频率对相移法立体匹配的影响研究

摘要

随着计算机技术和数字信号处理技术的不断发展，三维测量技术在自动化生产、逆向工程、CAD/CAM以及质量检测等方面的应用日益重要。传统的接触式测量技术存在测量力、测量时间长等局限而无法满足需求，基于光学投影的非接触三维测量技术以高精度和高速度成为当今科研领域的热点。为了得到更好的点云质量和更快的匹配速度，研究了基于双目视觉和光栅投影的相移法立体匹配中不同空间频率算法，并通过实际的测量系统进行验证和比较。
　　 分析了基于双目视觉和光栅投影的三维光学测量系统的组成及其立体匹配原理，探讨了该测量系统的数学模型。实现了格雷编码和单频相移立体匹配技术相结合，并在此基础上，推导了一种新的双目视觉双频投影光栅相移技术并获得成功，通过实际的测量系统，根据获取的被测量对象的三维轮廓信息，进行分析比较，在匹配速度方面要稍稍优于前者，但点云质量要稍差些。
　　 最后对系统误差的来源进行分析，提出了减小误差的方案，利用对标准物的测量点云的拟合，分别对以上两种不同空间频率相移投影式测量的精度进行评价，得出推导的新方法标准偏差要比前者高0.01mm左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1引言

1.2 3D外形轮廓测量的需求及应用

1.3三维形貌测量技术的概况

1.3.1接触式测量方法

1.3.2非接触式测量方法

1.4位相测量轮廓术(PMP)

1.5外差式多频相移技术

1.6课题研究意义

1.7本课题主要研究工作

2 双目视觉单频投影光栅立体匹配技术研究

2.1双目视觉光学投影测量系统原理

2.1.1双目视觉光学投影测量系统的组成

2.1.2摄像机成像模型及坐标系的建立

2.1.3双目视觉立体匹配技术基本原理

2.2格雷码与单频相移相结合的立体匹配技术

2.2.1相移算法基本原理

2.2.2基于格雷码的相位解包裹和立体匹配

2.2.3相移算法立体匹配关键技术研究

2.3实验结果和分析

2.3.1实验系统

2.3.2实验步骤

2.3.3实验结论及讨论

2.4本章小结

3 双目视觉双频投影光栅相移技术研究

3.1双目视觉双频投影光栅相移技术基本原理

3.2双频投影光栅关键技术莫尔条纹级数研究

3.2.1一种比较特殊的投影系统的莫尔条纹级数m的确定

3.2.2结合Gray编码条纹求m

3.2.3控制条纹节距，使m=0

3.3减小双频投影光栅相位误差

3.4实验结果和分析

3.4.1实验系统

3.4.2实验步骤

3.4.3实验结论及讨论

3.5本章小结

4 光栅投影三维测量系统误差

4.1光栅投影三维测量系统误差来源

4.2光栅投影三维测量系统误差分析

4.2.1系统采样量化误差

4.2.2成像畸变误差

4.2.3标定误差

4.2.4数字光投影条纹误差

4.2.5计算模型误差

4.3减小误差策略

4.4系统精度评价

4.5本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表学术论文及研究成果