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基于光栅相位偏折的高反射曲面三维重建算法的研究

作　者: 韩淑建
导　师: 刘书桂
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 高反射曲面光栅相位偏折三维重建路径积分波前重构
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高反射曲面零件凭借其优越的光学性能，在生产制造、医药科学、计算机科学、国防等领域中获得了广泛的应用。多种多样的应用需求对高反射曲面的面形精度也提出了更高的要求，研究一种恢复高反射曲面表面形貌的三维重建方法，对指导加工过程，改善产品的加工质量具有重要的意义。现有的单一的三维重建算法难以完成面形较大或曲率较大的高反射曲面零件三维形貌的高精度、快速重建。本文基于光栅相位偏折的高反射曲面三维形貌测量方法，创新性地将已有的两种三维重建算法相结合，提出一种基于迭代思想的路径积分法与区域波前重构算法相结合的三维重建方法。论文的主要研究工作包括：1.对载物面和LCD液晶屏的位置进行了标定，计算出了载物面和投影像平面的平面方程。对光栅显示设备和图像采集设备各项参数的选取进行了分析。2.建立了基于迭代方法的高反射曲面三维重建模型。3.采用特殊标记点的方法实现了对参考相位的求取，避免了对理想参考面测量的需求，提高了测量效率和重建精度。4.提出一种新的三维重建方法，即将路径积分法与区域波前重构算法相结合的一种改进方法。重建前，对被测物体测量区域的边界进行检测，降低了参与计算的数据量，保证了重建面形的平滑性。5.对组合量块、高反射平面镜及高反射双曲面的表面三维形貌进行了重建实验。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-15
  1.1 引言  8
  1.2 高反射曲面的三维重建方法及发展现状  8-13
    1.2.1 高反射曲面的三维重建方法  9-13
  1.3 本课题的提出及各章节安排  13-15
第二章测量系统设计及标定  15-24
  2.1 系统硬件设计  15-19
    2.1.1 CCD 摄像机及镜头的选择  16-18
    2.1.2 LCD 液晶屏的选择  18-19
  2.2 测量系统标定  19-22
    2.2.1 CCD 摄像机内部参数标定  19-21
    2.2.2 载物面和 LCD 液晶屏在摄像机坐标系下的位置标定  21-22
  2.3 本章小结  22-24
第三章高反射曲面三维形貌重建模型及参数计算  24-36
  3.1 基于迭代的高反射曲面三维形貌重建模型  25-26
  3.2 基于迭代的高反射曲面三维重建模型公式推导  26-27
  3.3 高反射曲面三维形貌重建模型参数计算  27-32
    3.3.1 参考相位的计算  28-30
    3.3.2 参数 d 的计算  30-31
    3.3.3 参数Δφ'( x, y)的计算  31-32
    3.3.4 参数θ的计算  32
  3.4 实验验证  32-34
  3.5 本章小结  34-36
第四章高反射曲面三维形貌重建算法  36-49
  4.1 三维重建算法  37-42
    4.1.1 十字路径积分法  37
    4.1.2 傅立叶变换积分法  37-39
    4.1.3 区域波前重构算法  39-42
  4.2 改进的三维重建方法  42-45
    4.2.1 基于 southwell 模型的迭代算法  43-44
    4.2.2 迭代初始值的计算  44-45
  4.3 被测物体测量区域边界检测  45-47
  4.4 本章小结  47-49
第五章高反射曲面三维形貌重建实验  49-63
  5.1 计算机模拟实验  49-52
  5.2 实际测量实验  52-62
    5.2.1 测量装置  52-53
    5.2.2 组合量块表面三维形貌重建实验  53-60
    5.2.3 高反射平面镜表面三维形貌重建实验  60-61
    5.2.4 高反射双曲面三维形貌重建实验  61-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

基于光栅相位偏折的高反射曲面三维重建算法的研究

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