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基于LabVIEW的彩色结构光三维形貌测量系统的研究

作　者: 李明媚
导　师: 孙杰
学　校: 天津理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 三维形貌测量傅立叶变换轮廓术 LabVIEW 数字图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 173次
引　用: 1次
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内容摘要

三维测量是物体表面轮廓的三维尺寸和形状的测量。与传统二维测量相比,物体三维测量能够记录更多的信息量,能够更真实、更全面的再现客观物体。近年来,科技不断进步,计算机技术迅速发展,信号自动处理技术不断成熟,尤其是强大的图形化编程工具和USB2.0接口的高分辨率数字摄像机的出现,都为三维测量技术的发展提供了良好的软硬件技术支持。本文叙述了三维测量技术的背景和分类,总结了光栅投影三维测量技术中的几种特点突出、使用有效的相位求解方法,并选用基于π相移技术的傅里叶变换轮廓术作为本测量系统的解调算法。作者还对黑白光栅和彩色光栅投影的测量结果分别进行了分析,得出彩色光栅投影测量精度高于黑白光栅投影测量精度的结论。在此基础上,作者实现了三维形貌测量系统软硬件设计,构建成一个集投影、采集、解调于一体的完整测量系统,且系统模拟测试结果达到设计要求。本三维形貌测量系统的图像采集硬件使用了USB2.0接口的全数字工业摄像机,提高了系统的可靠性和测量速度。系统测量部分的软件平台是LabVIEW,而数据处理部分使用了Matlab。在实际测量中,采集到的受各种因素影响的图像与理想图像存在明显差别,因此,作者在解调解算前对图像进行了平滑和亮度修正等处理,尽可能地减小了测量误差。通过对比实验表明,经过前处理的图像解算恢复出的三维物体形貌轮廓效果要明显优于未经处理的图像解算。最后,本文对整体测量过程中的误差来源进行了分析。本论文主要有以下创新点:1.使用USB2.0接口的全数字工业摄像机构成用于三维物体形貌测量的图像采集系统。该采集系统无需使用图像采集卡、即插即用,且具有高分辨率、高精度、高清晰度、色彩还原好、低噪声等特点,适合工业测量应用。2.使用LabVIEW和Matlab作为软件开发平台进行混合编程,充分利用两种开发平台的优点,构建成一套集投影、采集、解算、结果显示于一体的完整实用的三维形貌测量系统。3.使用数字图像均值滤波、亮度修正等图像前处理技术,降低了测量误差、提高了测量精度。4.使用位相差π/3彩色编码光栅作为结构光栅进行三维形貌测量,调制数据精度优于黑白强度编码光栅。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 三维测量技术综述  9-10
    1.1.1 三维测量技术背景  9
    1.1.2 三维测量技术的分类  9-10
  1.2 光学式三维测量方法  10-12
    1.2.1 光学式三维测量方法分类  10-12
    1.2.2 光栅投影三维测量技术  12
  1.3 本课题的研究内容及意义  12-14
第二章基于相位的光栅投影三维形貌测量技术  14-29
  2.1 三维形貌相位测量技术原理  14-16
    2.1.1 投影条纹的产生  14
    2.1.2 相位测量技术原理  14-16
  2.2 相位的求解  16-18
    2.2.1 卷积解调法  16-17
    2.2.2 相移法  17
    2.2.3 傅立叶变换轮廓法  17-18
  2.3 FTP 法过程分析  18-24
    2.3.1 π相移FTP 法  18-19
    2.3.2 频域滤波  19-20
    2.3.3 逐点增长解相  20-21
    2.3.4 模拟实验  21-24
  2.4 基于彩色光栅的三维形貌测量  24-29
    2.4.1 彩色模型  24-26
    2.4.2 彩色光栅的产生  26-27
    2.4.3 模拟实验  27-29
第三章基于LABVIEW 的三维形貌测量系统设计  29-47
  3.1 测量系统的设计方案  29-30
    3.1.1 系统硬件配置及运行原理  29
    3.1.2 系统硬件设计  29-30
    3.1.3 系统软件设计  30
  3.2 虚拟仪器介绍  30-36
    3.2.1 虚拟仪器概述  30-31
    3.2.2 LabVIEW 概述  31-32
    3.2.3 LabVIEW 的运行机制  32-36
  3.3 LABVIEW 在图像处理中的应用实例  36-39
    3.3.1 图像的频域滤波  37-38
    3.3.2 EAN-13 条形码的图像识别  38-39
  3.4 系统软件的实现  39-47
    3.4.1 彩色光栅投影  39-41
    3.4.2 图像采集  41-42
    3.4.3 解调  42-45
    3.4.4 集成系统  45-47
第四章实验与结果分析  47-55
  4.1 实验步骤  47-48
  4.2 实验分析  48-53
    4.2.1 图像平滑处理  50-51
    4.2.2 亮度修正  51-53
  4.3 误差分析  53-55
    4.3.1 光学成像误差  53-54
    4.3.2 计算方法误差  54
    4.3.3 图像噪声误差  54
    4.3.4 照明误差  54-55
第五章总结与展望  55-57
  5.1 工作总结  55
  5.2 展望  55-57
参考文献  57-61
发表论文和科研情况说明  61-62
致谢  62-63

基于LabVIEW的彩色结构光三维形貌测量系统的研究

内容摘要

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