針對高光表面物體的三維形狀獲取技術(shù)的研究.pdf

1、物體的三維形狀獲取作為計算機(jī)視覺研究的一個重要方向，近年來在工業(yè)自動化領(lǐng)域以及計算機(jī)虛擬現(xiàn)實中受到了廣泛關(guān)注，相應(yīng)地開發(fā)研制出了大量的三維測量儀器，如商業(yè)三維掃描儀、激光測距儀、立體視覺相機(jī)、BGA檢測器等。這些測量儀器具有精度高、效率高、自動化程度高等優(yōu)點，但是體積都比較龐大而且價格昂貴，對測量對象和測量環(huán)境有一定的限制，通用性較低，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。特別是工業(yè)檢測上有很多帶有高光表面的物體需要進(jìn)行三維形狀恢復(fù)，比如塑料制品、金屬

2、構(gòu)件等，鏡面反射的視點相關(guān)性會給三維信息獲取帶來嚴(yán)重的錯誤，而且鏡面反射會使相機(jī)飽和，造成信息丟失。另外，要在工業(yè)自動化中得到廣泛運(yùn)用，必須盡量減少處理時間，基本達(dá)到實時性的要求。這些約束條件和需求給當(dāng)前的三維形狀獲取算法提出了挑戰(zhàn)。尋求一種快速、設(shè)備簡易、能對帶高光表面的物體進(jìn)行測量的三維形狀獲取方法成為眾多學(xué)者的研究課題。 本文在對三維形狀獲取技術(shù)進(jìn)行了深入地分析和研究的基礎(chǔ)上，針對帶有高光表面的物體的三維形狀獲取技術(shù)所存在

3、的關(guān)鍵問題，展開了具有創(chuàng)新性的研究工作。分別研究了主動和被動三維信息獲取方法，在提高精度的同時，盡量滿足實時性的要求。由于充分考慮了實際環(huán)境的復(fù)雜性，本文提出的算法對于光照變化、噪音有較強(qiáng)的魯棒性。本文工作的主要創(chuàng)新點如下： 1.提出一種將多光源法與補(bǔ)色法相結(jié)合的高光去除方法，能夠快速有效地去除各種金屬表面高光。通過采集多個光源下同一個場景的多幅圖像，利用多幅圖像的信息互補(bǔ)性來重構(gòu)圖像，從而對物體表面存在的大面積不完全重復(fù)高光進(jìn)

4、行有效地去除。然后采用補(bǔ)色方法對少量的重復(fù)高光進(jìn)行修補(bǔ)。這樣就能較全面地將高光去除。同時，本算法采用兩步走的金字塔算法結(jié)構(gòu)，在速度上能滿足實時性的要求。 2.提出了一種基于三態(tài)動態(tài)規(guī)劃和census變換的實時魯棒稠密立體匹配方法。在全局立體匹配算法中，掃描線動態(tài)規(guī)劃算法是速度最快的，但是存在一個水平線問題(streak effect)。為了解決這個問題，我們引入掃描行之間的垂直約束，使匹配精度得到很大提高。在相同的匹配精度下，本

5、文提出的算法在時間上與其他算法相比有很大優(yōu)勢，基本達(dá)到實時匹配。另外本文算法對于實際場景中存在的噪音、曝光不均衡、欠曝光、過曝光和高光問題都有一定的穩(wěn)定性。 3.提出了一種簡單、成本低、快速的移動掃描模式三維形狀獲取方法。此方法對物體的材質(zhì)和表面紋理都沒有限制。我們用投影儀將條紋模式投射到物體表面，并移動條紋對場景進(jìn)行掃描，利用相機(jī)記錄這個過程。本算法根據(jù)條紋在物體表面的變形來獲取物體的三維信息。我們充分利用圖像序列的時空特性計