基于雙目結(jié)構(gòu)光的快速三維成像系統(tǒng)研究.pdf

1、三維成像技術(shù)是一種獲取物體空間立體信息的技術(shù)，其在民用、工業(yè)和軍事領(lǐng)域都有重要的作用，目前廣泛應(yīng)用于零件檢測(cè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、實(shí)物仿形、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維成像技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣，越來(lái)越受重視，也逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
　　三維成像方法眾多，其中雙目視覺(jué)被廣泛研究，已經(jīng)成為機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中的重要分支。雙目視覺(jué)是一種直接模擬人眼成像從而判斷待測(cè)物體距離的一種技術(shù)，是最接近于生物視覺(jué)系統(tǒng)的三維測(cè)量方法，

2、其三維成像原理簡(jiǎn)單，視差與深度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，只需求得視差，即能得到距離信息。另外，其成像系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單，且相較而言三維成像速度快。但是，該方法也有其局限性，特別是待測(cè)物體表面紋理較少時(shí)，雙目匹配算法將會(huì)出現(xiàn)非常大的誤差，因此也無(wú)法準(zhǔn)確得到物體表面的深度信息。
　　本文從雙目視覺(jué)三維成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，分析和推導(dǎo)了視差與深度信息之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，解釋了相機(jī)需要標(biāo)定的原因，并對(duì)標(biāo)定方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，然后介紹了圖像矯正和立體校正的

3、處理手段與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并介紹了兩種經(jīng)典的雙目匹配算法，并給出了重構(gòu)方法。
　　接著介紹了雙目匹配存在的困難，給出了經(jīng)典匹配算法在實(shí)際中的成像效果，分析了其困難所在，引出了結(jié)構(gòu)光投影與雙目視覺(jué)相結(jié)合的方法，并提出了一種雙目結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)解決方案;設(shè)計(jì)了一種特殊的條紋型結(jié)構(gòu)光，引入了可信度等級(jí)的概念，并基于該結(jié)構(gòu)光實(shí)現(xiàn)了可靠的條紋識(shí)別算法，大大提高了條紋識(shí)別準(zhǔn)確率;對(duì)非極值點(diǎn)進(jìn)行了特殊處理，提高了系統(tǒng)雙目匹配的準(zhǔn)確性和抗干擾性。
　　

4、搭建了雙目結(jié)構(gòu)光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，編寫(xiě)了系統(tǒng)軟件，使標(biāo)定、投影、校正、三維成像、3D顯示等整個(gè)過(guò)程高度自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了快速的雙目視覺(jué)三維成像功能。
　　最后，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，從多個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了雙目標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性;將三維測(cè)量結(jié)果與經(jīng)典匹配算法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)該方法在保證了成像時(shí)間小于經(jīng)典匹配算法的同時(shí)，成像效果遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)典匹配算法;選取了一個(gè)典型的待測(cè)物體，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，成像平均誤差小于2mm，接著分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)成像精度的影響