Structured light-based 3D surface measurement using a multi-camera system

摘要

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia, millä strukturoituun valoon perustuvilla menetelmillä saavutetaan vankimmat mittaustulokset 3D-pinnan mittauksessa monikamerajärjestelmällä. Työn teoriaosuudessa vertailtiin pinnan mittauksessa käytettyjä strukturoidun valon menetelmiä. Työn kokeellisessa osuudessa rakennettiin mittausjärjestelmä, jossa oli yhteensä 16 kameraa ja yksi projektori. Mittakappaleina käytettiin tasoa ja auton ovea. Mittauksilla pyrittiin selvittämään, minkälainen tarkkuus, luotettavuus ja toistettavuus saavutetaan valituilla strukturoidun valon menetelmillä. Heijastettavina piirteinä käytettiin viivoja ja ympyröitä. Vastinpisteiden etsinnässä kuvien välillä hyödynnettiin Gray-koodausta ja lisäksi kokeiltiin epipolaarisuoriin perustuvaa menetelmää. Tutkimus toteutettiin toimeksiantona Mapvision Oy Ltd:lle ja kokeellisen osuuden sovelluskohteena oli autoteollisuuden laadunvarmistus.Työn teoriaosuuden perusteella eri menetelmien vankkuus riippuu olennaisesti sovelluskohteen asettamista rajaehdoista. Paikallaan pysyvien kohteiden mittauksessa vankimmat menetelmät perustuvat useamman eri kuvion heijastamiseen kohteeseen. Liikkuvilla kohteilla saadaan vankimmat mittaustulokset yhden kuvanoton menetelmillä. Tämän työn tutkimustulosten perusteella yksi vankimmista usean kuvanoton menetelmistä monikamerajärjestelmällä perustuu pysty- ja vaakasuuntaisten viivojen käyttöön strukturoituna valona. Tällä menetelmällä saavutettiin 0.02 mm tarkkuus tason mittauksessa ja parhaimmillaan 0.02 – 0.05 mm toistotarkkuus auton oven mittauksessa. Käytännössä toistotarkkuus oli kuitenkin 0.02 – 0.2 mm laajoilla ja tasaisilla pinnoilla. Luotettavuus oli heikoin jyrkkien pinnanvaihteluiden lähellä. Vastinpisteiden etsintä epipolaarisuorien avulla osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi vaihtoehdoksi Gray-koodaukselle.