基于双目结构光的三维测量技术研究

【摘要】三维成像技术一直是机器视觉中的最热门的研究领域之一,而在三维成像领域,双目视觉和结构光成像两种技术被广为采用。双目视觉原理相对简单,对背景环境的要求较低,且最接近于自然界中的生物视觉系统,因而一直是人们研究的热点。然而,该方法很难获取无纹理区域的深度信息,且匹配计算代价一般较大。以相移法为代表的结构光成像系统具有较高的测量精度,但投影仪的标定和非线性误差校正过程较为繁琐。本文中结合双目视觉和双频六步相移法,初步实现了一套精度较高的双目结构光三维测量系统。双目结构光系统以双目视觉系统为蓝本,在两个摄像头的基础上,再使用一个投影仪,加入结构光信息。该系统相比传统的双目视觉系统,采用高分辨率的光栅条纹解出的横竖绝对相位值差作为相似度度量,而不是灰度值度量,从而降低了匹配模糊性,提高了系统分辨率。而相比于传统的结构光技术,因为双目结构光系统三维重建是基于左右相机的相位匹配,与投影仪的位置无关,因此而无需进行投影仪-摄像机标定,只需要常规的双目相机标定,从而使得测量系统具有更大的灵活性和可操作性。本文工作主要包括以下几个方面：1.对双目标定方法进行了研究,开发了一套快速采集图像和标定的工具包。2.对双目视觉成像系统进行研究,用两个高精度镜头和工业相机搭建了双目视觉成像系统,完成了双摄像机的同步控制,集成了BM、SGBM和GC三种立体匹配算法,并实现了自己的双目点匹配算法,然后给出了该系统成像的结果。3.双目结构光系统的研究和实现。针对传统相移技术中的大量的反正切运算和相位解包裹操作,本文采用了一种能实现绝对编码的双频六步相移法,该方法的解相过程是完全依靠查找表方式的,这样就避免了运算代价较大的反正切运算和模糊的相位解包裹操作。绝对相位图获取之后,对基于相位的匹配算法进行了研究。最后给出了该系统的三维测量结果和误差分析,在0.75m的测量距离下,测量精度为0.40mm。
【作者】阳鹏程；
【导师】林斌；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】三维测量；双目结构光；双目视觉；双频相移法；

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