相位輔助光學三維測量系統(tǒng)的標定方法.pdf

1、相位輔助光學三維測量技術具有測量精度高、數(shù)據(jù)密度大、測量速度快、系統(tǒng)結構簡單、普適性和靈活性好等優(yōu)點，是基于結構照明的光學三維測量中極具代表性的一類方法，在工業(yè)制造、測繪導航、文化遺產、醫(yī)學診療、影視娛樂等各個領域有著日趨廣泛的應用。
　　本論文主要針對相位輔助光學三維測量系統(tǒng)的標定方法及其相關技術展開研究，旨在提高測量系統(tǒng)的標定精度，尋找可行性更高的現(xiàn)場標定方法。在概括介紹相位輔助光學三維測量的基本原理、國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢

2、以及關鍵技術的基礎上，論文重點對決定系統(tǒng)標定精度的兩個要素——基準點的圖像坐標和基準點的三維坐標進行了分析研究。
　　圓形標志點是標定所用基準點的常見形態(tài)，為了準確地獲得圓形標志點圖像的中心坐標，基于余誤差函數(shù)的橢圓旋轉變換對圓形標志點圖像鄰域的灰度分布進行曲面建模，實現(xiàn)了基于曲面擬合的亞像素精度的中心定位。模擬和實際的實驗均證明，該方法對圖像中的噪聲表現(xiàn)出了較好的魯棒性。討論了由于透視投影的非對稱性導致的中心定位偏差，結合Che

3、n的基于圓的相機標定技術以及Heikkil的偏差模型來對上述中心定位偏差進行了修正。
　　單目的“相機-投影儀”結構是基于相位輔助光學三維測量技術的三維傳感器的常見配置。針對單目三維傳感器標定所常用的平面標靶，設計了一種基于位置關系不變性實現(xiàn)基準點自動編碼的平面標靶圖案，用于方便地對傳感器進行標定。考慮到投影儀和相機在模型上的等價性，將光束平差原理引入單目三維傳感器的標定中，從根本上減小了由于基準點三維坐標的不確定度所引入的系統(tǒng)誤

4、差。實驗證明該方法可以利用制作精度較低的標靶實現(xiàn)較高精度的標定。
　　在測量拓撲復雜、尺度較大的物體時，一個可行性較高的方案是利用多個雙目傳感器構成多節(jié)點三維測量網(wǎng)來進行測量。通過對已有文獻的分析可知，三維標靶是最適用于測量網(wǎng)標定的標靶。為此，首先以編碼標志點為基準點來構造自適應測量空間的三維標靶，然后運用歐氏重建和光束平差技術精確重建基準點的三維坐標，最后利用重構后的標靶方便地進行多節(jié)點三維測量網(wǎng)的標定。對上述過程中的標靶重建精