数字条纹投影三维形貌测量技术

【摘要】近些年随着数字成像和投影技术的发展，一种基于数字条纹投影的三维形貌测量技术变得越来越受欢迎。由于该技术具有高精度、全场、非接触、自动化和无损检测等优点而广泛应用于各个领域，比如安防系统、机械工程、虚拟现实、机器人导引和逆向工程等。基于数字条纹投影的三维形貌测量技术虽然开始应用于更多的测量场合，不过它仍存在一些难点问题，本文为了能够进一步提高测量的精度和鲁棒性，将致力于研究这一方法的主要技术，包括相移法、傅里叶变换法、格雷码法和系统标定等。相移法和傅里叶变换法是两种有效的相位提取方法。相移法的基本原理是投影多张相移条纹图到被测体表面，使用摄像机拍摄多张条纹图，并从中提取出相位信息。而傅里叶变换法则是将拍摄的条纹图从空域转到频率域，从而提取出相位主值信息。傅里叶变换法由于只需要拍摄一张图片，因此适合于动态测量，相比之下相移法则适合于测量静态场景，且其测量精度和空间分辨率比傅里叶变换法高。本文还介绍了几种常用的编解码方法，并分析了这些方法的优缺点和使用场合。在此基础上还主要研究了本测量系统将要用到的格雷码法，该方法能够有效减少不均匀的环境光和被测物体表面颜色丰富造成的干扰。为了满足实际的三维测量需求，本文基于条纹投影三维形貌测量技术研制一套三维扫描仪。搭建了由摄像机、投影仪、三脚架和计算机组成的硬件系统，并使用Matlab、C++、MFC、OpenCV等编程技术编写了三维形貌测量系统的软件界面和算法实现。为了进一步提高系统的测量精度和空间分辨率，改进了相移法使之能够提取绝对相位信息，改善了格雷码技术中的阈值化方法，改变了系统标定的投影方式。最后，本文通过利用该系统对测试工件做垂直度分析，对黑色平板做三维形貌恢复实验，实验结果表明本文搭建的测量系统具有测量精度较高、操作比较方便、设备成本低廉等特点。
【作者】朱昱；
【导师】卢荣胜；
【作者基本信息】合肥工业大学，仪器仪表工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】三维形貌测量；格雷码法；相移法；傅里叶变换法；系统标定；

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