高速光柵投影實時三維測量系統(tǒng)硬件設計與研究.pdf

1、隨著計算機技術和光電技術的發(fā)展，新的光學三維測量方法不斷涌現(xiàn)。主動三維測量技術中最具代表性的結構光三維測量方法通過向被測物體投射結構光，并拍攝經(jīng)被測物體表面調(diào)制而發(fā)生變形的結構光圖像，然后從攜帶有被測物體表面三維形貌信息的圖像中計算出被測物體的三維形貌數(shù)據(jù)。其在機器視覺、逆向工程、工業(yè)自動化和實物仿型、文物遺產(chǎn)保護等領域展現(xiàn)了強大的生命力和巨大的應用潛力。
　　結構光三維測量技術雖然已在多個領域得到廣泛應用，但現(xiàn)有的研究工作主要集

2、中在靜態(tài)物體或者緩變場景的形貌測量上。目前商品化的結構光三維測量系統(tǒng)，單次測量時間普遍超過了0.5秒，這使得其難以對于動態(tài)物體或者變化場景進行實時三維測量。針對此科研難題與市場空缺，本碩士論文旨在研究高速實時三維形貌測量技術與相應系統(tǒng)的設計，側重其硬件系統(tǒng)的設計。本文首先介紹了三維光柵測量的基本原理，包括相移法，相位展開方法，系統(tǒng)標定與坐標轉換的原理等。然后重點研究了高速實時三維形貌測量系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)的設計部分。本硬件系統(tǒng)主要采用了F

3、PGA芯片來實現(xiàn)條紋數(shù)據(jù)的編碼存儲，并且利用FPGA控制DLP投影儀將結構光柵條紋投射到目標物體上。FPGA芯片開發(fā)軟件采用QuartusⅡ，并用Verilog HDL硬件描述語言來完成VGA時序的控制和相機與投影儀間的同步。在上述基礎理論與硬件平臺的支持下，完成了高速光柵投影實時三維測量系統(tǒng)的搭建?；谏鲜鲇布脚_，本文首先對條紋投影系統(tǒng)進行了實驗，驗證了其可以按規(guī)定時序準確無誤的投射出所需的光柵條紋。此外，我們利用整套三維測量系統(tǒng)對