發(fā)布時間：2018-04-28 05:54

  本文選題：結(jié)構(gòu)光三維測量 + 相位展開　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來計算機視覺技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,三維重建技術(shù)是計算機視覺應(yīng)用中一個較為重要的研究領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制、逆向設(shè)計、文物數(shù)字化等眾多領(lǐng)域。光柵投影三維測量技術(shù)具有速度快、精度高等優(yōu)點,是主動式非接觸光學(xué)測量技術(shù)中的一個重要研究分支。本文從理論分析和實驗實踐兩方面深入研究了以光柵投影三維掃描為基礎(chǔ)的三維重建技術(shù),研究了包括物體表面點云數(shù)據(jù)的獲取和三維點云的配準(zhǔn)兩方面的技術(shù),開發(fā)出一套具有物體全貌測量的三維重建系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容和貢獻如下:研究了光柵投影測量模型標(biāo)定技術(shù)。闡述了采用相位光柵投影方法進行三維測量的原理,分析了系統(tǒng)標(biāo)定中的關(guān)鍵技術(shù)。針對相位光柵投影測量常用的圓形陣列靶標(biāo)提出了基于輪廓提取的具有尺度適應(yīng)性的特征提取算法。通過分析光柵投影系統(tǒng)非正弦性的產(chǎn)生原因,實現(xiàn)了以多步相移法為基礎(chǔ)的投影光柵自校正方法。研究了以相移法和多頻外差相位展開技術(shù)原理為基礎(chǔ)的相位求解技術(shù)。針對多頻外差法解相位技術(shù)中取整操作所帶來的跳變誤差,提出了使用兩步驗證的剔除方法。針對實際測量中物體表面的掃描有效區(qū)的劃分問題,使用相位篩選結(jié)合基礎(chǔ)的圖像處理技術(shù)達到了篩選和去噪的目的。研究了散亂點云的配準(zhǔn)算法。研究了面向無標(biāo)志點三維掃描所得到的散亂點云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)拼接算法。在快速粗配準(zhǔn)方面,根據(jù)法向量夾角特征快速篩選關(guān)鍵點,提出了一種關(guān)鍵點點特征直方圖描述子的構(gòu)建方式,結(jié)合剛體變換約束通過RANSAC算法獲取了精確的點對應(yīng),完成點云的粗配準(zhǔn)。在精配準(zhǔn)方面,使用一種逐漸放寬的對應(yīng)點點間距離約束篩選迭代中的最近點對的策略對經(jīng)典的ICP算法進行了改進,提高了精配準(zhǔn)的穩(wěn)定性和速度。并最終通過實驗驗證了本文散亂點云配準(zhǔn)算法的有效性。設(shè)計了由投影儀、攝像機和計算機組成的三維重構(gòu)系統(tǒng)及系統(tǒng)配套軟件。利用Visual Studio 2013集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)了重構(gòu)系統(tǒng)配套軟件,系統(tǒng)提供了包括圖像采集、系統(tǒng)標(biāo)定、點云配準(zhǔn)等的基本功能模塊,以及二維圖像處理、點云處理等輔助工具鏈。實現(xiàn)了光柵投影三維重建系統(tǒng)的完整工作流。
[Abstract]:In recent years, computer vision technology has been developed rapidly. 3D reconstruction technology is an important research field in computer vision application. It is widely used in many fields, such as quality control, reverse design, cultural relic digitization and so on. Grating projection 3D measurement technology has the advantages of high speed and high precision. It is an important research branch of active non-contact optical measurement technology. In this paper, the 3D reconstruction technology based on raster projection 3D scanning is studied in terms of theoretical analysis and experimental practice, including the acquisition of object surface point cloud data and the registration of 3D point cloud. A three-dimensional reconstruction system with object panorama is developed. The main contents and contributions of this paper are as follows: the calibration technology of grating projection measurement model is studied. The principle of three-dimensional measurement using phase grating projection method is described, and the key techniques in system calibration are analyzed. A scale-adaptive feature extraction algorithm based on contour extraction is proposed for circular array targets commonly used in phase grating projection measurement. By analyzing the non-sinusoidal causes of grating projection system, a self-tuning method of projection grating based on multi-step phase shift method is realized. Based on the phase shift method and the principle of multi-frequency heterodyne phase unwrapping, the phase solving technique is studied. In order to solve the jump error caused by the integration operation in the phase technology, a two-step verification method is proposed to eliminate the jump error caused by the multi-frequency heterodyne method. Aiming at the problem of dividing the scanning effective area of the object surface in the actual measurement, the purpose of filtering and denoising is achieved by using the phase filter combined with the basic image processing technology. The registration algorithm of scattered point clouds is studied. In this paper, the registration and stitching algorithm of scattered point cloud data for three dimensional scanning of unmarked points is studied. In the aspect of fast rough registration, according to the feature of normal vector angle, a method of constructing a key point feature histogram descriptor is proposed, and the exact point correspondence is obtained by RANSAC algorithm combined with the constraint of rigid body transformation. Complete rough registration of point clouds. In the aspect of fine registration, the classical ICP algorithm is improved by using a strategy of gradually loosening the distance constraint between corresponding points to filter the nearest pair of points in the iteration, which improves the stability and speed of the fine registration. Finally, the effectiveness of the algorithm is verified by experiments. A three-dimensional reconstruction system composed of projector, camera and computer is designed. The software of reconstruction system is developed by using Visual Studio 2013 integrated development environment. The system provides basic function modules including image acquisition, system calibration, point cloud registration and so on, as well as two dimensional image processing, point cloud processing and other auxiliary tool chains. The complete workflow of grating projection 3D reconstruction system is realized.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

【參考文獻】

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本文編號：1814047