【摘要】：條紋投射輪廓術(shù)具有全場信息獲取、非接觸、快速高效、成本低廉、對工作環(huán)境要求低等優(yōu)點,是光學(xué)三維測量領(lǐng)域最具代表性的實用技術(shù)之一,在工業(yè)及民用等領(lǐng)域的許多方面都有著非常廣闊的應(yīng)用前景。另一方面,條紋投射現(xiàn)有技術(shù)尚存在很多問題,制約著其測量精度及測量效率的進(jìn)一步提高。例如,系統(tǒng)標(biāo)定過程復(fù)雜,且標(biāo)定精度不易保證;器件特性存在局限性,其影響難以消除;條紋圖像分析方法的精度、效率或計算復(fù)雜性有待改進(jìn)等等。本文以極線幾何為工具研究條紋投射輪廓術(shù)的原理與方法,并改進(jìn)條紋圖像處理方法,為解決上述問題提供了一些新的富有競爭力的解決方案。本文研究工作主要包括以下幾個方面:1.條紋投射測量系統(tǒng)的極線幾何分析及其幾何物理模型的建立本文利用極線約束理論對條紋投射測量系統(tǒng)進(jìn)行分析,推導(dǎo)投影機(jī)與攝像機(jī)極線方程,以此為基礎(chǔ),建立測量的幾何物理模型,確定條紋圖像特征與被測物體幾何特征之間的映射關(guān)系,分析系統(tǒng)極點位置對測量系統(tǒng)性能及測量結(jié)果的影響,提供條紋投射測量系統(tǒng)極點標(biāo)定方法,為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。2.基于交比不變性的深度重建方法研究在條紋投射輪廓術(shù)中,投影機(jī)的參數(shù)很難精確標(biāo)定,以致投影機(jī)誤差往往成為影響最終測量精度的關(guān)鍵因素。本文以前述的條紋投射測量系統(tǒng)的極線幾何分析為基礎(chǔ),采用透視變換理論建立入射光線上的深度與攝像機(jī)像素位移之間的映射關(guān)系,根據(jù)交比不變性原理,提出新的物面深度重建方法。該方法可以使測量結(jié)果免受投影機(jī)誤差,包括幾何參數(shù)估計誤差、鏡頭畸變誤差、非線性失真等的影響,從而為三維測量精度的提高提供了新思路。3.全場位相靈敏度分析及其優(yōu)化方法研究在條紋投射輪廓術(shù)中,位相靈敏度是影響測量精度的重要因素之一。本文從系統(tǒng)的極線幾何分析入手,分析了影響位相靈敏度的各因素,闡明了系統(tǒng)極點位置對位相靈敏度的影響,進(jìn)一步確定了位相靈敏度對投射條紋方向的依賴關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出全場位相靈敏度極大化的最優(yōu)圓弧條紋與全場位相靈敏度較高的近優(yōu)直線條紋方案。這些優(yōu)化方案能有效提高系統(tǒng)的測量精度和分辨率。4.基于灰度梯度的載波條紋頻率分析技術(shù)及位相重建方法研究變形條紋圖像中包含了被測物面的三維形貌信息,因此變形條紋圖像的處理與分析是條紋投射形貌術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,其目標(biāo)在于提取條紋位相、相移量等特征信息。作為一種單幅條紋圖像分析方法,空間載波條紋分析技術(shù)適用于動態(tài)實時測量等目的。為此,本文提出了一種新的空間載波條紋分析方法。首先通過統(tǒng)計領(lǐng)域內(nèi)條紋圖灰度梯度的方差,從中估計出該像素的位相梯度,即空間頻率。再以空間頻率估計方法為基礎(chǔ),提出了多種條紋位相恢復(fù)方法,如基于二維離散余弦變換的位相梯度數(shù)值積分方法和自適應(yīng)最小二乘二維空間載波相移算法等。所提出的方法適用于載波干涉圖像及條紋投射圖像的位相分析目的。實驗證明了這些技術(shù)可以提高單幅條紋圖像的位相分析精度,且有助于減低條紋分析的計算復(fù)雜性。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TH74
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 引言人們通過自身的觸覺或視覺來感知和認(rèn)識三維客觀世界中的事物或場景，如何把這種感知準(zhǔn)確量化則是一門科學(xué)，即三維測量。如圖 1.1 所示，三維測量方法可分為接觸式（Contactmeasurement）與非接觸式(Non-contactmeasuremen兩大類。

上海大學(xué)博士學(xué)位論文：基于極線幾何的條紋投射輪廓術(shù)研究field）、高效率、高精度及測量結(jié)果便于處理、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)[2-3]、質(zhì)量控制[4-5]、逆向工程（ReverseEngineering，RE）[6]、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[7-9]、國防安全[10-12]、考古及文化遺產(chǎn)保護(hù)[13]等多個領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)三維測量技術(shù)已成為人們的研究熱點之一[14-18]。1.2 光學(xué)三維測量技術(shù)概述1.2.1 光學(xué)三維測量技術(shù)分類隨著應(yīng)用的多樣化，光學(xué)三維測量技術(shù)也日益多樣化，因此其分類方法也多種多樣[19]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2729712