高速光柵投影實(shí)時(shí)三維測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，新的光學(xué)三維測(cè)量方法不斷涌現(xiàn)。主動(dòng)三維測(cè)量技術(shù)中最具代表性的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法通過(guò)向被測(cè)物體投射結(jié)構(gòu)光，并拍攝經(jīng)被測(cè)物體表面調(diào)制而發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)光圖像，然后從攜帶有被測(cè)物體表面三維形貌信息的圖像中計(jì)算出被測(cè)物體的三維形貌數(shù)據(jù)。其在機(jī)器視覺(jué)、逆向工程、工業(yè)自動(dòng)化和實(shí)物仿型、文物遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和巨大的應(yīng)用潛力。
　　結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)雖然已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)有的研究工作主要集

2、中在靜態(tài)物體或者緩變場(chǎng)景的形貌測(cè)量上。目前商品化的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)，單次測(cè)量時(shí)間普遍超過(guò)了0.5秒，這使得其難以對(duì)于動(dòng)態(tài)物體或者變化場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)三維測(cè)量。針對(duì)此科研難題與市場(chǎng)空缺，本碩士論文旨在研究高速實(shí)時(shí)三維形貌測(cè)量技術(shù)與相應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，側(cè)重其硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文首先介紹了三維光柵測(cè)量的基本原理，包括相移法，相位展開(kāi)方法，系統(tǒng)標(biāo)定與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的原理等。然后重點(diǎn)研究了高速實(shí)時(shí)三維形貌測(cè)量系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分。本硬件系統(tǒng)主要采用了F

3、PGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)條紋數(shù)據(jù)的編碼存儲(chǔ)，并且利用FPGA控制DLP投影儀將結(jié)構(gòu)光柵條紋投射到目標(biāo)物體上。FPGA芯片開(kāi)發(fā)軟件采用QuartusⅡ，并用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言來(lái)完成VGA時(shí)序的控制和相機(jī)與投影儀間的同步。在上述基礎(chǔ)理論與硬件平臺(tái)的支持下，完成了高速光柵投影實(shí)時(shí)三維測(cè)量系統(tǒng)的搭建?；谏鲜鲇布脚_(tái)，本文首先對(duì)條紋投影系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其可以按規(guī)定時(shí)序準(zhǔn)確無(wú)誤的投射出所需的光柵條紋。此外，我們利用整套三維測(cè)量系統(tǒng)對(duì)