多頻相移結(jié)構(gòu)光三維型面測量技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、相移結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)因其測量精度高,適應(yīng)性廣等優(yōu)勢在逆向工程、工業(yè)檢測、人體測量、文物保護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)首先通過采集多幀有一定相移的條紋圖像計(jì)算包含有被測物體表面三維信息的初始相位值,再利用多頻相移或與其他編碼方式結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)相位解包。最后采用三角測量法,利用解得的絕對(duì)相位值獲取物體表面的空間三維信息,用于物體表面的三維重建。相移測量技術(shù)有單頻相移和多頻相移兩種方式。單頻相移技術(shù)測量時(shí)只獲取一組包裹相位值,故其在解包場景、

2、解包精度以及誤差容忍度方面均存在不足。本文結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)分析多頻相移相對(duì)于單頻相移在解包場景,解包精度,抑制隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差方面的優(yōu)勢。并提出了多頻相移測量的技術(shù)方案,其中包括光柵設(shè)計(jì)、解包算法設(shè)計(jì)、相位波動(dòng)誤差補(bǔ)償、相位校正以及程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。查表法和差分法是多頻相移技術(shù)中最主要的兩種方法,本文詳細(xì)研究了這兩種解包方法的算法原理。在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)這兩種解包算法的具體實(shí)施步驟。利用計(jì)算機(jī)模擬解包過程,對(duì)這兩種方法在測量場景以及解

3、包容差能力方面進(jìn)行了理論分析和比較。模擬試驗(yàn)表明查表法在測量場景以及理論容差度上均優(yōu)于外差法。相位波動(dòng)誤差和相位偏移錯(cuò)誤校正是多頻相移測量中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在計(jì)算機(jī)仿真分析投影儀伽馬非線性特性對(duì)包裹相位波動(dòng)誤差影響的基礎(chǔ)上,提出一種面向相移結(jié)構(gòu)光測量的相位波動(dòng)誤差補(bǔ)償方法。該方法采用二次多項(xiàng)式最小二乘擬合的方法近似輸出條紋光強(qiáng)分布,實(shí)現(xiàn)對(duì)相位波動(dòng)誤差的補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可大大降低由伽馬非線性產(chǎn)生的相位波動(dòng)誤差,補(bǔ)償后平均相位波動(dòng)

4、誤差小于補(bǔ)償前的1/5,解包查表誤碼率比補(bǔ)償前減少14.5倍。采用基于像素段生長的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)相位偏移錯(cuò)誤的校正,該方法利用較小的鏈表長度實(shí)現(xiàn)校正,空間復(fù)雜度低,校正健壯性好。在實(shí)現(xiàn)對(duì)相位波動(dòng)誤差的補(bǔ)償和相位偏移錯(cuò)誤的校正后,本文利用C++實(shí)現(xiàn)解包程序的設(shè)計(jì)。最后,在理論分析的基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗(yàn)室測量系統(tǒng)對(duì)本文所提出的解包算法、誤差補(bǔ)償方法以及相位校正技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)查表和差分這兩種解包方法在實(shí)際測量中的場景、容差度、解包效率以及解