線結(jié)構(gòu)光三維傳感中關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光學(xué)三維面形測量方法，具有非接觸、測量速度快、精度高、易于在計算機控制下實行自動化測量等優(yōu)點，已得到大量深入研究并且被廣泛應(yīng)用。在幾種主動三維傳感技術(shù)中，采用線結(jié)構(gòu)光掃描進行測量的直接三角法測量由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、掃描及數(shù)據(jù)處理速度快、精度較高、設(shè)備費用相對較低等特點在產(chǎn)品質(zhì)量控制、反求工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它的基本思想是通過投射激光線光束到被測物體表面，在物體表面形成一條投影亮線。從與投影方向不同的另一個方向觀察，由于受到物體高度

2、的調(diào)制，該亮線發(fā)生變形。通過對像面上亮線像坐標(biāo)的計算可以得到物體上一個剖面的高度數(shù)據(jù)，如果再加上一維掃描就可以得到三維面形分布。 本文就線結(jié)構(gòu)光三維測量過程的幾個關(guān)鍵性的問題進行了研究，主要研究內(nèi)容和取得的成果如下： 1．提出了一種新的基于共面靶標(biāo)的線結(jié)構(gòu)光傳感器的標(biāo)定技術(shù)，在保證了標(biāo)定 精度的前提下有效地降低了標(biāo)定復(fù)雜度和制作標(biāo)定模塊的成本。它是通過將線結(jié)構(gòu)光投影在一個帶有棋盤格圖案的平面靶標(biāo)上，自由地移動幾個位置，就

3、可以建立起線結(jié)構(gòu)光平面與攝像機圖像平面的關(guān)系。然后在此基礎(chǔ)上, 提出了采用線結(jié)構(gòu)光的多傳感器系統(tǒng)中多個傳感器之間數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)和融合技術(shù)。即將線結(jié)構(gòu)光投影在平面靶標(biāo)上，多個攝像機同時進行圖像采集，然后根據(jù)多個攝像機相互之間的公共測量區(qū)域信息，完成對多個攝像機的標(biāo)定和校準(zhǔn)。針對旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)中如何確定旋轉(zhuǎn)軸這一問題，提出了計算旋轉(zhuǎn)平 臺旋轉(zhuǎn)中心軸方程的方法：即將平面靶標(biāo)放在旋轉(zhuǎn)平臺上，旋轉(zhuǎn)幾個位置，然后通過3種方式求出旋轉(zhuǎn)中心軸的方程，1)計算

4、這幾個位置處的靶標(biāo)平 面坐標(biāo)系到攝像機坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣，由旋轉(zhuǎn)矩陣計算出旋轉(zhuǎn)中心軸方 程；2)求出靶標(biāo)平面上一系列固定點在不同位置處的坐標(biāo)，然后分別進行圓擬合.求出圓心，然后對圓心進行直線擬合，從而求出旋轉(zhuǎn)軸的方程。3) 求出靶標(biāo)平面上兩個固定點在不同位置處連線的中垂面，這兩個中垂面的交 線即為旋轉(zhuǎn)中心軸。 2．提出一種激光片光三維傳感中降低激光散斑影響的方法：片光面內(nèi)移動掃描法。通過向被測物體表面投射面內(nèi)移動掃描的片狀激光

5、束，產(chǎn)生空間變化的動態(tài)散斑光場，這樣光場時間平均效果降低了散斑的影響，明顯地提高了測量精度。 3．提出一種采用雙傳感器，并將兩個傳感器圖像映射到光刀平面上，然后再對 其進行面內(nèi)融合處理最后提取中心線的方法。該方法實現(xiàn)簡單，可以有效降 低由于物體表面的凹凸不平、反射率的不連續(xù)變化以及遮擋造成獲取的條紋像存在各種缺陷而導(dǎo)致最后得到的三維面形數(shù)據(jù)的偏差，從而提高了系統(tǒng)測 量的精度。 4．針對提取線結(jié)構(gòu)光圖像光帶中心過程中