基于编码结构光的三维扫描仪原型系统研发

摘要

本文实现了一个三维扫描仪原型系统,该原型系统能够在20秒左右的时间对10 cm<'3>~60 cm<'3>大小的物体完成一个面的三维数据采集工作,扫描结果以带RGB彩色值的三维空间点云表示,输出标准VRML 97文件.使用该三维扫描仪对良渚文物黑陶鼎和玉琮进行扫描可以获得精度较高的三维数据,对于石膏,金属,布料,塑料,木料,瓷器等多种材质的物体也能达到较好的扫描效果.本文三维扫描仪原型系统采用了投影编码结构光技术;编码结构光技术的核心是对投影图案进行编码设计,本文对当前投影图案的各种编码设计方案进行比较全面的分类和对比,采用了精度较高,编码简单,但是投影图案数量较多的Gray Code+Phase Shifting编码方案.照相机和投影仪定标技术是原型系统的核心技术,本文给出了照相机和投影仪内外部参数求解步骤和详细的公式推导;图像主动线索特征提取和离散点三维重构是对原型系统采集的照片进行数据处理的关键步骤,本文给出了详细的实现方法;最后本文还定义了原型系统的性能参数,分析了影响原型系统扫描精度的多种因素.

目录

文摘

英文文摘

扫描结果彩页图

第一章绪论

§1.1引言

§1.2背景综述及技术现状

§1.3本文的工作

§1.4本文的结构

第二章三维扫描仪原型系统定标技术

§2.1照相机模型及定标

§2.2投影仪模型及定标

§2.3三维扫描仪原型系统定标实践步骤

第三章图像主动线索特征提取

§3.1利用投影仪产生主动线索特征

§3.2图像主动线索特征分析

§3.3原型系统主动线索特征提取算法实现

§3.4实验结果

第四章离散点三维重构

§4.1三角测距原理

§4.2原型系统离散点三维重构算法实现

§4.3模型纹理生成

§4.4实验结果

第五章原型系统性能及精度分析

§5.1原型系统性能参数及精度定义

§5.2投影仪和照相机影响精度的因素

第六章总结和展望

§6.1三维扫描仪原型系统研发工作总结

§6.2后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢