结构光检测复杂面形三维轮廓关键技术研究

【摘要】随着计算机和数据处理等技术的不断发展,光学三维轮廓测量技术已获得了很大的进步。然而目前仍然存在整体测量精度低、测量盲区导致无法完全提取面形数据、测量数据需要人为修补以及多目测量数据拼接技术不成熟等难题。针对上述问题,本文综合了多目测量和结构光测量技术的优点,通过研究相机标定及校正技术、面形提取技术、精确匹配融合技术,同时提出了互补的算法思想,将多传感器(大于等于三个)测量获得的数据进行自动分析和互补,以实现物体三维面形的完整测量。本文确定了基于结构光测量复杂面形的研究方案,构建了新的三目测量结构模型及其数学模型,将测量方案的测量思想、测量系统的组成、测量技术流程进行了阐述,并确定了对于本测量方案中应研究的关键技术,即：基于Halcon平台的相机标定和校正技术、基于相移法和一种基于DCT变换的最小二乘解包裹算法的相位求解及展开技术,以及基于SURF算法的精确匹配和互补技术。相机标定的精度与校正的效果好坏直接影响到了系统的整体测量精度。本文基于Halcon平台,对比分析了多项式畸变模型和分式畸变模型标定的内外参数和均方误差,分析了影响标定精度的因素；根据标定参数和对应的映射关系,对采集的图像进行了畸变的校正和位置的校正实验,并获得了比较好的校正效果。面形提取技术是三维测量系统的核心。根据相移相位法提取包裹相位信息精度高,适应性强的特点,和最小二乘解缠法能够有效解决相位展开时错误传播的特点,本文引入了相移技术和基于DCT变换的最小二乘相位解缠算法用以面形提取,同时进行了三维面形的提取的实验,实验成功提取了人脸模型的面形数据,并对系统测量精度提出了评估方法。对测量数据进行精确匹配和互补运算是本方案中的关键步骤。由于选用的是基于二维的标定技术,而测量的是三维的面形特征,多视角三维测量数据在测量基面之外就存在着差别,需要通过精确地匹配算法实现测量数据的融合。本文引入了一种基于SURF图像匹配算法用以数据(或图像)的匹配,同时结合相机的校正技术和本文提出的互补思想,进行了相关实验,实现了对图像(数据)进行了匹配和融合互补,验证了该方法的可行性,对复杂面形的测量具有一定的借鉴价值。
【作者】范明国；
【导师】段存丽；
【作者基本信息】西安工业大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】三维轮廓测量；结构光；标定；匹配互补；相位解缠；

【参考文献】
[1]张勇.基于受激布里渊效应光速可控特性的理论研究[D].杭州电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.
[2]强慧媛.外来务工人员随迁子女“雏鹰飞翔”项目研究[D].中国社会科学院研究生院,社会工作,2014,硕士.
[3]刘梅.连锁超市的突围之路——天津家世界信息化实践[J].中国计算机用户,2004,48:50.
[4]谢玉芬.ZH公司药用包装项目财务策略研究[D].哈尔滨工业大学,会计学,2014,硕士.
[5]刘健.淫羊藿苷体内外代谢行为及其代谢产物相关活性研究[D].浙江大学,2004.
[6]穆海蕴.食品安全举报奖励保护机制研究[D].上海交通大学,法律,2013,硕士.
[7]董燕南.银行卡产业对我国消费行为影响的研究[D].上海师范大学,政治经济学,2013,硕士.
[8]许鲤燕.我国刑事非法证据排除规则司法适用研究[D].华侨大学,法律,2014,硕士.
[9]万峰.TCMAI对细菌胞壁、胞膜的抗菌机制研究[D].成都中医药大学,药理学,2012,硕士.
[10]李泓锦.IEPE加速度计本底噪声特性的研究[D].燕山大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[11]王金鑫.中尺度对流涡旋个例的观测分析及数值模拟[D].南京大学,气象学,2013,硕士.
[12]冀春光.徇私枉法罪的立法评析与完善[D].吉林大学,刑法学,2013,硕士.
[13]宋俊雅.浦氏纤维对心室电传导影响的仿真研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[14]王莉洁.正大福瑞达药业发展战略研究[D].大连理工大学,企业管理,2003,硕士.
[15]崔静.初级汉语教材中生词的英译问题研究[D].西安外国语大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[16]林友威.房地产投资组合优化及风险度量模型研究[D].浙江大学,2007.
[17]唐谊平,洪良,金源超,李吉泉,孙文声,高建荣.锌及锌合金着色技术的研究进展[J].材料保护,2014,05:43-45+8.
[18]赵远.从地缘政治视角看中俄军事关系的几个主要方面[D].四川外国语大学,俄语语言文学,2013,硕士.
[19]刘丽姝.东乡语与兰州方言实施道歉之语用对比研究[D].兰州大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[20]张羽.我国上市公司高管薪酬粘性研究[D].吉林大学,企业管理,2013,硕士.
[21]段冰.棒垒球训练对大学生身体素质及生理机能的影响[D].东北师范大学,体育（专业学位）,2012,硕士.
[22]金华.路径纠缠的集成化产生和操控：从体块光学超晶格到波导芯片[D].南京大学,物理学,2014,博士.
[23]曹咏春.Java可视表达和可视运行的研究与实现[D].广东工业大学,计算机应用,2004,硕士.
[24]张龙.贵州省地理标志知识产权保护研究[D].贵州民族大学,民商法学,2014,硕士.
[25]张学洋.基于适配体和抗体功能化纳米材料的疾病标记蛋白质分离分析新方法研究[D].复旦大学,分析化学,2013,博士.
[26]王佳冰.经直肠超声探讨2-型糖尿病与良性前列腺增生的相关性[D].兰州大学,影像医学与核医学（专业学位）,2013,硕士.
[27]姚春辉.郑兰公司苯氧威生产系统技术改造方案设计与实施[D].南京理工大学,工业工程,2012,硕士.
[28]赵占科.介孔材料MCM-41的合成及其在固相微萃取中的应用[D].兰州大学,化学工程,2014,硕士.
[29]方昊佳.面向产品创新设计的CAD造型关键技术研究[D].广东工业大学,车辆工程,2013,硕士.
[30]张胜良.基于径向基函数的无网格辛算法[D].复旦大学,应用数学,2013,博士.
[31]刘建军.雨水茉莉花香气成分分析及其增香措施的研究[D].西南农业大学,茶学,2004,硕士.
[32]王立江.基于PyUnit框架的软件系统自动化回归测试的设计和实现[D].天津大学,计算机技术,2013,硕士.
[33]许高洁.锂二次电池电极材料的研究[D].中国海洋大学,2012.
[34]韩晶晶.论行政强制执行的法律救济[D].上海大学,法律,2013,硕士.
[35]刘枫.风力发电机塔身清洗机器人设计与研究[D].哈尔滨工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[36]李玉民.现代企业物流中心选址决策研究[D].浙江大学,2003.
[37]胡旦华.OPC技术在分布式环境下的实时数据通信[D].华北电力大学（河北）,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[38]田野.动态测试中传感器优化配置的研究及实现[D].华中科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[39]潘小星.基于双折射的光学梳状滤波器研究[D].华中科技大学,光学工程,2013,硕士.
[40]张鸿昌.攀枝花市石板箐变电站（500kv）工程边坡变形特征及支护方案可靠性分析[D].成都理工大学,地质工程,2013,硕士.
[41]刘功文,郝志勇,王连生,郑康.柴油机凸轮轴径向振动动态特性优化[J].浙江大学学报(工学版),2014,05:904-910.
[42]叶菊.论“人肉搜索”的犯罪化[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[43]曹洋.人—组织匹配视角下知识型员工幸福感研究[D].西南交通大学,企业管理,2014,硕士.
[44]杨家红,甘峰,李仲阳,俞汝勤.利用数据库知识发现(KDD)技术构建新型质谱解析专家系统[J].计算机工程与应用,2001,16:23-25.
[45]王洪俊.吉林市滨水绿地群落结构与生态效益及优化对策研究[D].东北林业大学,园林植物与观赏园艺,2014,博士.
[46]许莉莉.表面增强拉曼散射的温度效应及紫外拉曼光谱研究[D].首都师范大学,光学,2004,硕士.
[47]姜丽莉.基于Hofstede文化维度理论框架下的英汉言语行为对比：请求和拒绝[D].鲁东大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[48]于波.社会管理创新视角下的我国电视媒体社会导向研究[D].沈阳师范大学,公共管理,2014,硕士.
[49]冯俊燕.甘肃省网络涉警舆情引导策略研究[D].兰州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[50]陈宁,沈晓瑜,桂卫华,郭宇骞.关联量化系统参数稳定性与控制器设计[J].自动化学报,2014,01:41-50.