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基于投影结构光技术的三维重构研究

作　者: 陶奇
导　师: 徐海松
学　校: 浙江大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 三维重构投影仪相机(ProCam)系统相机定标投影仪定标结构光编码双目视觉三角测量非平面投影校正投影仪移动检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

三维重构技术在医疗、航空、机器人导航以及三维测量、虚拟现实等专业领域都有着非常广泛的应用。对该技术的研究有利于提高相关产品的设计效率,缩短开发周期。目前获得物体三维结构的方法有很多,然而这些方法有的要借助昂贵的设备,还有的需要耗费大量的计算时间,效率比较低,因此研究能既保持较高的效率(较少的时间耗费)又具有较低的成本(较少的设备需求),并且能够使用户根据自己特定需求选择不同重构方案的三维重构系统具有重要的意义,这也是本课题研究的出发点。本文建立了投影仪相机(ProCam)系统,在分别对相机和投影仪进行定标以后,利用双目视觉和三角测量理论实现了基于投影结构光技术的三维重构。三维重构的核心技术是结构光编码技术,本文在对当前各种投影图案编码方案进行全面分类和对比的基础上,成功实现了两种重构方案:第一种Gray Code+Phase Shifting编码技术可以用于复杂物体的重构,编解码简单,但耗时较多;另一种基于De Bruija编码方案只需投影一次,重构时间只有第一种方案的二十分之一,但编码复杂,且不能重构结构复杂或者颜色丰富的物体。通过实验对两种编码方案进行了详尽的分析和比较,指出了各自的适用场合。本文成功地把这两种方案实现在同一个系统中,用户可以针对不同的应用需求合理选用不同的编码方案进行三维重构,兼顾了科学性和实用性。作为本文研究成果的应用实例,提出了一种基于本系统三维重构技术的非平面投影校正方法。经对投影曲面的实验结果表明,校正后以相机作为观察者拍摄的投影显示图像不再受到投影表面扭曲的影响,达到与原始投影图像类似的显示效果。此外,本文还提出了一种投影仪移动检测技术,在实际投影显示过程中,当投影仪发生移动后,不需要重新对其进行定标,而由本系统自动校正得到新的校正图像,并通过实验评价其校正参数的误差在1%以内,满意地恢复了移动前的投影显示效果。最后,在对本论文研究的主要工作进行总结的基础上,对后继进一步的研究工作作出了展望。

基于投影结构光技术的三维重构研究

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