組合式時間編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法與技術(shù).pdf

1、結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)以其高速、高效和低成本等優(yōu)點，在視覺三維非接觸測量領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，其中編碼結(jié)構(gòu)光法測量效率高、識別容易，是結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。時間編碼方法相對于空間編碼方法和直接編碼方法具有較高的準(zhǔn)確度和采樣密度而成為編碼結(jié)構(gòu)光的發(fā)展方向。但是，在提高速度的同時提高準(zhǔn)確度和采樣密度等綜合技術(shù)指標(biāo)是視覺三維測量技術(shù)永恒的追求目標(biāo)。為此，本文在保證測量速度的同時，以提高準(zhǔn)確度和采樣密度為目的，研究組合式時間編碼結(jié)構(gòu)光三維測

2、量方法與技術(shù)。
　　 在對傳統(tǒng)的組合式循環(huán)正弦相移法進行理論分析的基礎(chǔ)上，本文提出組合式循環(huán)梯形相移強度比法，將梯形相移強度比和循環(huán)碼結(jié)合進行編碼。在充分保證相移法高采樣密度的同時，由簡單的算術(shù)運算代替相移法復(fù)雜的反正切運算，使運算速度僅為組合式循環(huán)正弦相移法的1/10，有效提高了測量速度。
　　 針對組合式循環(huán)梯形相移強度比法測量原理導(dǎo)致的一位循環(huán)碼誤差和周期錯位問題，提出非對稱組合式循環(huán)梯形相移強度比法，通過對梯形相

3、移和循環(huán)碼編碼周期的碼距及對應(yīng)位置的非對稱組合，將解碼過程中的一位循環(huán)碼誤差減小到一個強度碼誤差，從原理上消除了周期錯位，提高了測量準(zhǔn)確度。
　　 為提高循環(huán)碼的解碼準(zhǔn)確度，提出自適應(yīng)閾值帶二值化方法，通過舍掉部分采樣點而提高二值化準(zhǔn)確度、提高測量的抗干擾能力。
　　 基于3DMAX和MATLAB環(huán)境建立三維測量仿真系統(tǒng)，完成仿真系統(tǒng)標(biāo)定；針對各種典型三維表面分別采用組合式正弦相移法、組合式循環(huán)梯形相移強度比法、非對稱組

4、合式梯形相移強度比法三種方法進行三維測量仿真對比實驗。
　　 設(shè)計并組建實驗裝置及其標(biāo)定設(shè)備，完成裝置測量標(biāo)定實驗，采用非對稱組合式梯形相移強度比法進行典型表面三維測量實驗，對其進行實驗驗證。
　　 理論分析和仿真結(jié)果表明：
　　 組合式循環(huán)正弦相移法對于平面和復(fù)雜表面的重構(gòu)結(jié)果與視覺上基本相符，對于700-1000mm深度范圍內(nèi)，平面最大誤差小于2.304mm，但是重構(gòu)平面和曲面都存在周期錯位誤差；組合循環(huán)梯形

5、相移強度比法修正錯位后重構(gòu)平面較平滑，有波動，但無周期錯位誤差，平面最大誤差小于0.753mm，但該方法重構(gòu)復(fù)雜表面不光滑，視覺上與被測物不相符；非對稱組合循環(huán)梯形相移強對比法重構(gòu)平面和復(fù)雜曲面光滑、視覺上與被測表面相符，不存在周期錯位誤差，平面最大誤差小于0.514mm。
　　 裝置測量實驗結(jié)果表明：
　　 在700mm～1000mm深度范圍內(nèi)，最大誤差小于3mm，測量準(zhǔn)確度為0.3％；采用面向結(jié)構(gòu)光的三維重構(gòu)方式對被