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梯形相移时间相位展开的彩色条纹编码结构光三维测量

作　者: 倪岳松
导　师: 范剑英
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 三维测量彩色结构光梯形相移相位展开
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着计算机技术、电子技术、光学技术的发展以及3D打印技术等新兴技术的兴起，非接触式三维测量技术也同时得到了广泛的发展与应用。结构光三维测量技术作为非接触式三维测量技术的一种，以其高速、高效和低成本等优点具有广阔的应用前景。在结构光三维测量技术中，编码结构光是其主要的发展研究方向，具有测量效率高、容易判断识别等优点。彩色梯形相移法是编码结构光法的一种，具有分辨率高、无破坏性、数据获取快等优点，可实现快速测量。本文基于彩色梯形相移法，研究了三编码周期彩色梯形相移三维测量法，研究成果在工业、医疗、考古等领域具有广阔的应用前景。本文首先对已有的彩色条纹编码结构光三维测量技术及相移彩色条纹编码结构光三维测量技术的国内外现状进行了论述，并分析了这些三维测量技术的编解码方法的优缺点。在此基础上构建了测量系统，并深入研究了彩色梯形相移法的编解码原理。针对彩色梯形相移法测量误差大、抗干扰能力不强的缺点，采用了新的算法，即三编码周期彩色梯形相移法，该方法对灰度等级利用少，所以相比于彩色梯形相移法具有较高的抗干扰能力，提高了测量精度。三编码周期彩色梯形相移法是对彩色梯形相移法中编码图案的单周期梯形相移进行了周期扩展，分别对被测物投射了三幅编码周期互质的彩色梯形相移图案，进而得到了三幅周期互质的强度比图，利用中国余数定理对三幅强度比图采用时间相位展开的方式进行解码，解得被测点的世界坐标，实现三维测量。其次，针对实验过程中的颜色耦合与颜色失衡问题做了深入研究，给出了进行颜色校正的方法，该方法通过对被测物投射五幅全色图案，通过公式计算以建立图像拍摄前后的转换关系来达到颜色校正，进行了实测验证了其有效性。然后，基于3dsmax和Matlab环境建立了仿真测量系统，对本文采用的算法进行了理论验证。最后，组建了实验装置进行了系统测量实验，达到了良好的测量结果，验证了本文构建的三维测量系统的可行性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景及意义  11-12
  1.2 彩色条纹编码结构光三维测量技术国内外研究现状  12-14
  1.3 相移彩色条纹编码结构光三维测量技术研究现状  14-15
  1.4 时间相位展开方法  15-16
  1.5 本文研究内容及结构  16-17
第2章彩色梯形相移法三维测量系统构建与标定  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 三维测量系统的组成与原理  17-18
  2.3 测量系统数学模型  18-20
  2.4 测量系统的标定方法  20-24
    2.4.1 摄像机的标定  20-23
    2.4.2 投影仪的标定  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章三编码周期彩色梯形相移三维测量法  25-36
  3.1 引言  25
  3.2 彩色梯形相移法  25-30
    3.2.1 彩色梯形相移法的编码  25-27
    3.2.2 彩色梯形相移法的解码  27-30
  3.3 三编码周期彩色梯形相移三维测量法  30-34
    3.3.1 三编码周期彩色梯形相移法的编码  30-31
    3.3.2 三编码周期彩色梯形相移法的解码  31-33
    3.3.3 中国余数定理的应用  33-34
  3.4 对投影图案解码的对比  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章颜色耦合与颜色失衡的校正  36-41
  4.1 引言  36
  4.2 颜色耦合与颜色失衡现象产生的原因  36-38
    4.2.1 颜色耦合  36-37
    4.2.2 颜色失衡  37-38
  4.3 基于颜色标定的校正方法  38-40
  4.4 颜色校正后结果  40
  4.5 本章小结  40-41
第5章系统实验与分析  41-52
  5.1 引言  41
  5.2 仿真测试系统设计  41-47
    5.2.1 仿真系统组建  41-43
    5.2.2 三编码周期彩色梯形相移法仿真实验  43-47
  5.3 系统测量实验与分析  47-51
    5.3.1 装置系统组建  47-48
    5.3.2 系统标定实验  48
    5.3.3 系统测量实验  48-51
  5.4 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58

梯形相移时间相位展开的彩色条纹编码结构光三维测量

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