面結(jié)構(gòu)光三維系統(tǒng)相位測量精度研究.pdf

1、隨著光學三維傳感技術的廣泛應用，其精度要求也日益變得苛刻。面結(jié)構(gòu)光三維測量技術以其高速、高精度、非接觸等優(yōu)點備受關注，它是一種主動的非相干光學三維傳感技術。面結(jié)構(gòu)光三維測量技術是通過向物體投射面結(jié)構(gòu)光，然后獲取被待測物體表面三維面形調(diào)制后的圖像，解調(diào)出待測物體的相位信息，最后通過相位與高度關系可以得到物體表面的三維形貌數(shù)據(jù)。相位測量的精度直接影響物體重建面形的測量精度，因此相位精度問題是面結(jié)構(gòu)光三維測量中的關鍵問題之一，是研究熱點與難點

2、。本文主要圍繞相位測量輪廓術與相位測量偏折術的高精度測量展開研究。論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　1.面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)相位精度影響因素分析；
　　闡述了相位測量輪廓術與相位測量偏折術這兩種測量技術的基本原理、相位解調(diào)算法、相位展開算法以及高度重建算法等，分析了面結(jié)構(gòu)光三維測量相位測量精度的影響因素，主要包括：相位解調(diào)算法與相位展開算法等導致的噪聲問題、系統(tǒng)的隨機噪聲、由于相位測量輪廓術系統(tǒng)中其他點的鏡面分量引起的多次反射問

3、題、系統(tǒng)非線性Gamma效應引起的相位非線性誤差等。這些因素將導致相位測量不準確，降低測量精度。
　　2.面結(jié)構(gòu)光三維測量中多次反射消除方法的研究分析；
　　研究分析了相位測量輪廓術中存在的多次反射問題。首先分析了相位測量輪廓術中多次反射問題存在的原因與影響，采用基于高頻編碼正弦條紋的方法，將相位誤差降低了1.3倍，減小了相位測量輪廓術測量系統(tǒng)中多次反射對相位的影響，提高了相位測量精度。
　　3.面結(jié)構(gòu)光三維測量中非線

4、性誤差的消除；
　　本文著重闡述了系統(tǒng)非線性Gamma效應對相位測量精度的影響，并分析比較了相位測量輪廓術與相位測量偏折術中非線性的差異。分析了預先畸變條紋補償法與基于三次樣條插值的光強補償法兩種方法，基于此提出一種基于線性擬合的相位誤差補償方法。通過仿真與實驗結(jié)果分析，證明了該方法的有效性與可靠性，該方法將非線性相位誤差降低了20倍。此外，本文還將幾種補償方法進行了實驗分析對比，實驗結(jié)果表明：基于三次樣條插值的光強補償法補償效果

5、最差，非線性相位誤差降低了5倍，本論文提出的方法補償效果最佳，大大降低了非線性相位誤差。
　　4.面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)中條紋質(zhì)量的研究分析。
　　面結(jié)構(gòu)光三維測量是從CCD相機采集到的變形條紋中解調(diào)出待測物體的相位信息，條紋質(zhì)量直接影響相位計算精度，研究分析了影響面結(jié)構(gòu)光三維測量的條紋質(zhì)量的因素。本文對條紋質(zhì)量的影響因素與關系進行了探究分析，建立了條紋質(zhì)量分析模型，計算機仿真與實驗驗證了該模型的可靠性與正確性。根據(jù)上述條紋質(zhì)