提高三维形貌测量精度的分段拟合方法及三维形貌显示技术研究

摘要

随着人们对检测技术的要求越来越高，三维测量技术应运而生，并逐步成为研究的重点，特别在投影技术、计算机技术和图像处理技术等高新技术的发展下，使得基于结构光的光学式三维测量技术得到空前的发展，已经在很多领域开始实际应用，被认为最有前途的三维形貌测量技术。本文在对三维测量系统进行系统分析的基础上，对测量精度提高和三维显示问题进行了细致研究，本为研究内容具有一定得实用意义、学术意义和社会价值。
　　 本文完成以下几个方面工作：首先，详尽介绍了三维形貌测量技术的历史和发展现状，分析了几种三维形貌测量技术的特点；第二章介绍了基于结构光的三维形貌测量系统的总体结构，对基于相位的三维形貌测量原理进行了介绍，并着重分析了相位测量轮廓术(PMP)和相位展开的基本方法；第三章叙述了三维测量实验方法和细节，在模拟实验分析和实测实验方面都开展了工作，设计了基于光栅投影的三维形貌测量系统所需的硬件系统和软件系统；第四章对误差问题进行了重点分析，并提出了提高结构光三维形貌测量精度的分段拟合滤波方法；第五章介绍了三维形貌测量结果的三维显示技术并用VC++语言开发了三维图形显示软件。
　　 本论文主要有以下创新点：
　　 1.架构了一种简单廉价的三维形貌测量一体化硬件系统，该系统只需要数字投影仪，CCD摄像头、一台电脑和相应的底座系统，此硬件系统结构简单、操作方便，而且价格低廉，可靠性比较高。
　　 2.使用Visual C++语言，编写了基于相位轮廓术的三维形貌测量的软件程序。该程序可以完成投射投影，图像采集和数据处理等功能，为实现测量仪器的实用化奠定了基础。
　　 3.给出一种提高结构光三维形貌测量精度的分段拟合滤波方法，该方法可以有效的滤除噪声，提高了系统精度；
　　 4.使用OpenGL图形接口技术，完成三维恢复的显示部分，使三维显示更加逼真更加直观。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三维新貌测量概况

1.2.1 三维形貌测量技术的分类

1.2.2 光学三维形貌测量方法

1.3 基于结构光法的三维形貌测量

1.4 本论文主要内容

第二章 结构光三维形貌测量理论基础

2.1 光栅投影三维形貌测量理论

2.1.1 直接三角法

2.1.2 基于相位的三维形貌测量

2.2 相位法三维形貌测量原理中的投影系统

2.2.1 正投影模式高度测量原理

2.2.2 透视投影模式系统高度测量原理

2.3 相位测量法中的条文相位解调

2.3.1 莫尔测量轮廓术(MFP)

2.3.2 相位测量轮廓术(PMP)

2.4 相位展开

2.5 小结

第三章 三维形貌测量实验

3.1 三步相移理论

3.2 模拟实验

3.3 实测试验

3.3.1 光栅投影三维形貌测量硬件设计

3.3.2 光栅投影三维形貌测量软件设计

3.3.3 三维形貌恢复

3.4 小结

第四章 测量数据分段拟合与滤波

4.1 误差分析

4.2 拟合滤波原理

4.3 测量精度分析

4.3.1 对单行灰度误差分析

4.3.2 图像滤波对比

4.4 小结

第五章 三维形貌显示

5.1 三维显示技术简介

5.2 OpenGL三维显示优点

5.3 基于OpenGL的三维函数图形绘制

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

读硕期间发表的学术论文与成果

致谢