多频相移结构光三维型面测量方法研究

摘要

多频相移结构光三维视觉测量技术因其测量精度高、适应性强在工业测量中得到广泛应用。三维视觉测量中相位解包、相位立体匹配、摄像机标定是影响测量精度的主要因素。
　　本文对多频相移结构光三维视觉测量技术中的相位解包方法和相位立体匹配方法进行了研究。
　　相位解包方法有单频解包和多频解包两种方式。通过理论分析和实验分析，本文验证了多频解包方法在测量精度和抑制随机噪声方面更有优势。多频解包方法在测量时需投射多组多幅相移条纹图，本文提出了一种多频不等步相移解相位方法。本方法选取三个频率，采用四步相移法求得中间频率的包裹相位及平均光强，然后在光强已知的情况下采用二步相移法求得另外两个频率对应的包裹相位，进而利用外差原理解得真实相位。解包过程中采用等值线正余弦滤波方法对包裹相位图进行了去噪处理。模拟实验及实际测量都表明多频不等步相移解相位方法可以在较少投影条纹情况下解得真实相位。
　　针对双目结构投影光栅相位法三维测量系统中相位立体匹配的效率与精度问题，提出了一种基于极线校正的亚像素相位立体匹配方法。首先，通过外极线校正算法将双目立体视觉几何结构校正为平视双目标准几何结构，使匹配点对在左右相机上的成像点位于同一水平线上。采用双线性内插法获取校正后的新相位图像对，并采用基于相位区域匹配的立体匹配算法获得初始匹配点。之后，提出采用最小二乘拟合将初始匹配点附近3×3邻域内的相似度量拟合为一个二次曲面，然后将曲面的局部最小值作为具有亚像素精度的最终匹配点。通过对标准平板平面度进行测量与分析，表明本文方法能够快速、准确的实现立体匹配。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 三维测量系统研究现状

1．2．2 多频相移结构光三维测量方法研究现状

1．3 本文的研究内容及章节安排

第二章 多频相移结构光视觉测量方法

2．1 投影光栅三维视觉测量原理

2．1．1 系统概述

2．1．2 测量原理

2．2 相移法基本原理

2．3 相位解包原理

2．3．1 解包基本原理

2．3．2 单频相移解包方法

2．3．3 多频相移解包方法

2．3．4 单频与多频理论比较

2．4 多频不等步相移结构光测量技术方案

2．4．1 投影光栅的设计

2．4．2 多频不等步相移解相位方法

2．4．3 相位解包实验

2．5 正余弦相位滤波方法

2．5．1 传统的滤波方法

2．5．2 等值线滤波方法

2．5．3 相位图滤波实验

2．6 等值线正余弦方法对包裹相位图的滤波实验

2．7 本章小结

第三章 摄像机标定

3．1 摄像机成像模型

3．1．1 常用坐标系说明

3．1．2 摄像机线性成像模型

3．1．3 摄像机非线性成像模型

3．2 系统标定

3．2．1 单目摄像机标定

3．2．2 双目摄像机标定

3．3 摄像机标定实验

3．3．1 标定步骤

3．3．2 标定结果与分析

3．3．3 标定参数的准确度

3．4 本章小结

第四章 基于相位匹配的双目立体视觉三维测量

4．1 立体视觉几何结构

4．1．1 双目立体视觉几何结构

4．1．2 平视双目标准几何结构

4．2 基于极线校正的亚像素相位立体匹配方法

4．2．1 外极线几何结构校正

4．2．2 双线性相位内插值

4．2．3 亚像素相位立体匹配

4．3 双目立体视觉三维重建

4．3．1 射线交汇法

4．3．2 三角测量法

4．4 相位立体匹配实验

4．5 三维测量实验

4．5．1 实验系统

4．5．2 实验步骤及结果

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢