投影柵線法形貌測(cè)量中系統(tǒng)標(biāo)定及相位去包裹的研究.pdf

1、物體表面三維形貌測(cè)量具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，在自動(dòng)化加工、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、實(shí)物仿形、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器視覺、藝術(shù)雕塑等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，因此成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的熱門研究課題。投影柵線法三維形貌測(cè)量做為物體表面三維形貌測(cè)量的一種，由于其具有面場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、測(cè)量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，更是成為三維形貌測(cè)量研究中的熱點(diǎn)。由于投影柵線法三維形貌測(cè)量中數(shù)據(jù)點(diǎn)是串行處理的，后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的處理要參照前面數(shù)據(jù)點(diǎn)的處理結(jié)果，所以很容易造成誤差和

2、錯(cuò)誤的傳播，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，這是影響投影柵線法三維形貌測(cè)量實(shí)用化的一個(gè)主要原因。此外如何在不需要苛刻光路條件的前提下還原出三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)也是投影柵線法三維形貌測(cè)量實(shí)用化所需要考慮的問(wèn)題。 本課題構(gòu)建了一套完整的投影柵線法形貌測(cè)量系統(tǒng)，包括柵線的投影，變形柵線圖的拍攝、相位去包裹、三維數(shù)據(jù)的還原及三維物體重建等，并針對(duì)影響投影柵線法形貌測(cè)量實(shí)用性的幾個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)研究。本課題取得的主要研究成果如下： 1.根據(jù)

3、實(shí)際實(shí)驗(yàn)所測(cè)結(jié)果和去包裹過(guò)程的單步顯示觀察，分析了去包裹中“拉線”錯(cuò)誤的主要產(chǎn)生原因：對(duì)復(fù)雜表面采樣(數(shù)據(jù)量、采樣密度)不足。“拉線”的產(chǎn)生使本該連續(xù)的相位分布出現(xiàn)跳變，并最終使得所還原的三維數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。為解決此問(wèn)題同時(shí)不降低總體測(cè)量的分辨率，本文提出了一種新的基于雙頻光柵投影去包裹的去包裹算法，在實(shí)際測(cè)量中取得了很好的效果。 2.設(shè)計(jì)了一種新的系統(tǒng)標(biāo)定方法，通過(guò)標(biāo)定拍攝攝像機(jī)和對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體的測(cè)量經(jīng)過(guò)軟件求解系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)，并

4、依此參數(shù)來(lái)還原三維坐標(biāo)。該標(biāo)定方法不需要傳統(tǒng)方法中對(duì)系統(tǒng)攝像機(jī)和投影設(shè)備的位置耦合性條件要求(平行性條件和光軸相交條件)，對(duì)攝像機(jī)和投影裝置沒有位置上的苛刻要求，因此使系統(tǒng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單方便，提高了測(cè)量精度，簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測(cè)量步驟。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該標(biāo)定方法，結(jié)果準(zhǔn)確度達(dá)到了測(cè)量的要求，是一種可行性很強(qiáng)的標(biāo)定方法。 3.本課題采用雙攝像機(jī)拍攝的方法，減少測(cè)量盲區(qū)，擴(kuò)大了測(cè)量范圍。本文討論了雙攝像機(jī)拍攝中測(cè)量物體位置以及測(cè)量物體表面朝