多光谱离焦三维投影测量技术的研究

摘要

随着科技的发展，人们对物体的三维空间坐标信息的获取有着越来越热切的需求;尤其在振动分析、运动检测等工程领域有着巨大的研究意义，但是动态测试对仪器的测量速度有着更加严格的要求。由于数字离焦投影技术具备超高速的三维信息测量能力，因此该技术为动态测量提供了新的思路。
　　离焦投影测量技术以二值条纹为研究对象，该方法通过镜头离焦将二值条纹的高频成分消除，由此获得正弦性强的结构光条纹对物体进行测量。由于该方法具备超高速投影特性，以及避免投影仪非线性误差的能力，在近年来受到广泛的研究。然而现在所研究的离焦条纹投影技术仅将数字光栅赋值于单颜色通道内，没有完全利用多维信息对潜在的投射速度进行进一步的提升。
　　多光谱技术是利用不同信息通道增加辅助信息的信息技术，将该技术与离焦投影技术相结合，具备进一步提升离焦投影测量速度的潜力。然而多光谱技术存在通道串扰的现象而离焦投影测量的鲁棒性较弱，容易受到外界环境光的影响。
　　为实现多光谱离焦投影测量技术，本文提出了相应的解决方案对多光谱离焦投影测量技术进行实现。
　　论文主要工作内容体现在四个方面:
　　(1)发现并证明了条纹投影测量系统具备方向相关性质，并依据条纹投影测量系统的方向相关性质对几何约束解包方法可能存在的错误进行了相应的修正，形成了新的解包算法提升条纹投影测量系统的鲁棒性。
　　(2)在Quantized phase-coding的基础上研发出离焦区域解包算法技术，离焦区域解包算法技术实现了较高频的离焦投影测量，而不会由于离焦出现乱码的现象。因此，离焦区域解包算法为离焦投影测量技术的高频实现提供了初步的解决方案。
　　(3)在离焦区域解包算法的基础上，本论文提出了方向相关的离焦区域解包算法技术;相较于离焦区域解包算法，该种解包方法具备更高的条纹频率，鲁棒性更高。
　　(4)搭建了多光谱离焦投影系统平台，并且初步实现了多光谱离焦投影测量技术。该技术以方向相关的离焦区域解包算法技术为核心，将成像质量不同的颜色通道分配给鲁棒性不同的条纹。多光谱离焦投影测量技术的实现使得条纹投影测量系统具备提高测量速度与降低高速硬件成本的潜力。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景

1．1．1 仿生工程

1．1．2 视觉导航

1．1．3 人机交互

1．1．4 病理分析

1．1．5 振动状态的产品质量检测

1．2 快速三维测量方法

1．3 实现目标

1．4 文章结构

第二章 离焦条纹投影测量原理

2．1 基于相位的条纹投影测量技术

2．1．1 相移法解相位

2．1．2 条纹投影系统的空间关系

2．1．3 相位-三维信息关系与系统标定

2．1．4 不确定度

2．1．5 相位解包裹

2．2 离焦投影测量

2．2．1 高速投影工作原理与器件

2．2．2 离焦投影原理

2．3 本章总结

第三章 方向相关的最小相位约束相位解包

3．1 几何约束相位解包的实现方法与问题

3．2 条纹投影系统的两种模型

3．3 方向相关的几何约束解包方法

3．4 方向相关的实验验证

3．5 本章总结

第四章 区域标签离焦投影技术

4．1 四步区域标签投影技术

4．1．1 码字设计与编解码

4．1．2 四步区域标签算法

4．1．3 四步区域标签算法仿真

4．1．4 四步区域标签算法实验

4．2 离焦区域解包算法

4．2．1 四步区域标签算法的离焦投影测量

4．2．2 四步区域标签算法的参数调整

4．2．3 离焦区域解包算法实现离焦高频测量

4．3 方向相关的离焦区域解包算法再次增频

4．4 本章小结

第五章 多光谱离焦投影技术

5．1 多光谱与离焦投影测量

5．2 技术优缺点

5．3 实现方法

5．3 实验测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况