基于柵線投影的360度物體形貌測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、柵線投影三維形貌測(cè)量技術(shù)由于測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高精度、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，近年來(lái)市場(chǎng)上已推出很多相關(guān)的商用設(shè)備。在醫(yī)學(xué)、游戲娛樂(lè)、在線檢測(cè)、自動(dòng)控制、逆向工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，對(duì)于柵線投影三維測(cè)量技術(shù)的性能要求也越來(lái)越多。該技術(shù)主要朝著高速、高精度、自動(dòng)化處理、大尺寸或360度、復(fù)雜面型測(cè)量的方向發(fā)展。本論文對(duì)柵線投影系統(tǒng)中的快速測(cè)量方法、高精度標(biāo)定技術(shù)以及360度的形貌測(cè)量

2、進(jìn)行了研究，主要的研究工作包括:
　　1)提出了一種基于單幅彩色條紋投影的三維形貌測(cè)量方法。該方法利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一幅正弦條紋圖和兩幅單一強(qiáng)度圖，分別通過(guò)紅綠藍(lán)三個(gè)通道合成為一幅彩色條紋圖，由液晶投影儀投影到被測(cè)物體表面，彩色CCD采集變形條紋圖并保存在計(jì)算機(jī)中。通過(guò)三色分離，同時(shí)獲得正弦條紋圖和反映表面反射率分布的背景信息圖，通過(guò)圖像除法運(yùn)算及歸一化處理實(shí)現(xiàn)物體三維形貌的恢復(fù)。對(duì)投影儀的非線性輸出響應(yīng)導(dǎo)致條紋強(qiáng)度的非正弦性提出了修

3、正方法，保證了單幅條紋圖形貌測(cè)量的精度。對(duì)于表面形貌不連續(xù)的物體，利用藍(lán)色分量的灰度圖像進(jìn)行二值化處理定位陰影或暗背景，從而引導(dǎo)正確的相位求解。
　　2)研究了柵線投影系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)。提出了一種基于雙參考平面的等相位坐標(biāo)深度標(biāo)定方法，該方法利用被測(cè)物體上相位和兩個(gè)參考平面相位相同的坐標(biāo)，而不是傳統(tǒng)方法中同一圖像坐標(biāo)的相位，通過(guò)線性插值得到物體表面的高度。該方法能夠同時(shí)解決相位-高度轉(zhuǎn)換和條紋非正弦性誤差的問(wèn)題。獲得物體的高度信息后

4、，利用相機(jī)標(biāo)定技術(shù)得到相機(jī)參數(shù)，通過(guò)相機(jī)的線性模型得到物體的橫向坐標(biāo)。標(biāo)定完成后，測(cè)量得到單視角下物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
　　3)提出了兩種多視角測(cè)量系統(tǒng)中精密旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的標(biāo)定方法。第一種方法是基于旋轉(zhuǎn)后測(cè)量得到的點(diǎn)與計(jì)算得到的點(diǎn)之間的距離最小化，第二種方法則是基于向量之間的距離最小化。為了得到物體的360度形貌，利用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)控制物體旋轉(zhuǎn)若干個(gè)角度進(jìn)行測(cè)量，然后利用得到的旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)將所有視角下的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到同一個(gè)視角下。在基