散斑照明双目视觉三维重构技术研究

摘要

随着工业生产和现代科技的快速发展，越来越多的领域需要得到空间场景的三维信息，三维重构作为一种快速高精度的空间三维信息计算方法也获得了快速的发展。针对三维重构测量中一般物体表面的纹理较少，无法直接使用物体的表面特征对物体表面进行三维重构的问题，本文研究了一种用散斑编码结构光增强物体表面纹理的方法进行三维重构。
　　本课题“散斑照明双目视觉三维重构技术研究”主要对目前采用的三维重构方法进行学习研究，通过投影仪投影散斑结构光编码的方法结合双目立体视觉三维重构技术，通过两个相机构建的采集系统对物体表面的调制散斑图案进行拍摄，通过子区域灰度相关算法进行立体匹配，依据光学三角法方法求取物体表面的空间三维坐标。
　　为了解决传统双目视觉中立体匹配的精度问题，本文采用向待测物体表面投影散斑图案增强物体的纹理特征，通过双目立体视觉的极线约束和子区域灰度相关匹配得到匹配点的像素级坐标，为了获得更高的匹配精度，又以得到的像素级坐标为初始值，通过利用反向组合和抛物线拟合的方法计算得到了对应的亚像素坐标，实现了平均误差为0.02像素的亚像素匹配程序。本文搭建了散斑照明三维重构实验平台，对物体表面实现了三维重构测量，测量精度为99.57％。

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致谢

摘要

第一章：绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 散斑照明三维重构方法的发展概况

1．2．1 接触式三维重构测量

1．2．2 非接触式三维重构测量

1．3 课题来源与主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

第二章 散斑照明三维重构的双目视觉系统

2．1 相机投影模型

2．2 工业相机标定

2．3 双目工业相机标定

2．4 双目视觉测量原理

2．5 本章小结

第三章 散斑图案模拟

3．1 散斑的介绍

3．2 散斑图案的模拟

3．3 模拟散斑图案的质量评价

3．4 本章小结

第四章 散斑照明三维重构系统中的立体匹配

4．1 双目立体视觉下的极线几何

4．2 像素级坐标立体匹配计算

4．2．1 立体匹配计算代价函数介绍

4．2．2 立体匹配代价计算函数优化

4．3 亚像素立体匹配坐标计算

4．3．1 图像插值方法

4．3．2 亚像素匹配坐标计算方法

4．4 本章小结

第五章 散斑照明三维重构系统的实验与分析

5．1 散斑照明三维重构实验系统介绍

5．2 散斑照明三维重构平台标定

5．3 散斑图像亚像素匹配

5．4 物体表面三维重构

5．5 表面三维重构精度分析

5．6 本章小结

第六章：总结展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文