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逆向工程中三维轮廓检测方法的研究

作　者: 巩绪庆
导　师: 达飞鹏；宋文忠
学　校: 东南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 三维轮廓检测 三维重构 投影光栅 基准条纹 畸变条纹 三角法 灰阶码 相位法 移相法
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 315次
引　用: 7次
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内容摘要


三维轮廓检测及其重构技术是计算机图像处理技术的一个分支,是计算机视觉和计算机图像图形处理相结合的一个研究方向,它在生产自动化、机器人视觉、CAD、虚拟现实和医学映像诊断等领域都有着广泛的应用前景。但是,如何快速而准确地获取被测物体表面的三维几何形状信息,并根据这些信息对被测物体形状进行三维恢复,是困扰着众多从事这方面研究工作人员的一项重要技术难题。本文研究探讨了一种非接触性的快速的获取三维物体轮廓的检测方法——投影光栅法。投影光栅法是一类主动式全场三角测量技术,它采用普通白光将矩形光栅或者正弦光栅投影于被测物体表面上,由于物体外形凹凸等几何形状变化而在物体表面产生的畸变条纹,这些畸变条纹就包含了物体表面形状的三维信息,由CCD摄像头摄取这些畸变条纹信息,按照三角法的要求,对这些图像进行相应的处理,得到有关条纹的二维信息,然后再根据数学转换模型和重构算法对物体的轮廓进行重构,得到被测物体表面的三维外形数据信息;此外,本文还给出了投影光栅法中的三种相位法理论,并初步实现了其中的移相法:按照移相法的理论要求,通过向被测物体投射几幅移相的光栅,得到含有相关相位的条纹图像,对这些条纹图像进行相位分析,得到物体轮廓表面上的相位,再运用相位高度转换算法,最终得到物体轮廓的三维数据信息。在本文的最后,讨论分析了这两种方法尚存在的问题及课题进一步的研究方向。

全文目录


摘 要  4-5
Abstract  5-6
目 录  6-8
第一章 绪 论  8-15
  1.1 逆向工程及其产生的背景  8-9
    1.1.1 物理模型数据的获取  8-9
    1.1.2 CAD模型的建立  9
    1.1.3 CAM制件成型  9
  1.2 三维几何形状检测技术发展现状  9-13
    1.2.1 坐标测量机(CMM)  10
    1.2.2 激光线结构光扫描  10-11
    1.2.3 投影光栅法  11-12
    1.2.4 数字照相系统  12
    1.2.5 层切法  12-13
    1.2.6 计算机断层扫描(CT)法  13
  1.3 本课题采用的测量方法及所开展的工作  13-14
  1.4 本课题的意义及应用前景  14-15
第二章 三角法原理分析和总体设计  15-27
  2.1 投影光栅的原理分析  15-16
  2.2 投影光栅三角法理论数学模型分析  16-24
    2.2.1 光学系统成像基本公式  16-18
    2.2.2 CCD摄像原理分析  18-20
    2.2.3 系统理论数据模型的建立  20-24
  2.3 三维几何形状检测及其重构系统的总体设计  24-25
    2.3.1 三维几何形状检测及其重构系统的构成  24-25
    2.3.2 采用不同光栅组合来提高检测分辨率及获取转换参数Φn  25
  2.4 系统的软硬件选择及课题的主要任务  25-27
第三章 三角法软、硬件的具体实现  27-38
  3.1 系统的硬件常数的确定  27-28
  3.2 系统的硬件初始设置及检测流程  28-29
    3.2.1 投影仪、目标物、摄像镜头三者位置设置  28
    3.2.2 系统的检测流程  28-29
  3.3 系统软件的总体设计方案  29-30
  3.4 系统软件的具体实现  30-37
    3.4.1 三维信息恢复  30-34
    3.4.2 不同光栅组合、图像合成技术  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 相位法原理分析和系统软硬件设计  38-51
  4.1 相位法的基本原理分析  38-40
  4.2 三种典型的相位解调法及其优缺点  40-44
    4.2.1 莫尔拓扑法  40-41
    4.2.2 傅立叶变换法  41-42
    4.2.3 移相法(相位步进法)  42-44
  4.3 系统的硬件初始设置  44-45
  4.4 相位法的软件设计方案  45-47
  4.5 相位法软件的具体实现  47-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章 总结与展望  51-55
  5.1 课题中主要完成的工作  51-52
  5.2 课题中尚存在的一些问题及对系统进一步研究工作的展望  52-54
  5.3 结束语  54-55
参考文献:  55-58
致 谢  58-59
作者硕士期间发表的论文:  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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