学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多频相移结构光三维型面测量技术研究及应用

作　者: 许伟
导　师: 习俊通
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 结构光测量多频相移误差补偿相位校正
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 250次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

相移结构光三维测量系统因其测量精度高,适应性广等优势在逆向工程、工业检测、人体测量、文物保护等领域得到广泛应用。系统首先通过采集多帧有一定相移的条纹图像计算包含有被测物体表面三维信息的初始相位值,再利用多频相移或与其他编码方式结合的方法实现相位解包。最后采用三角测量法,利用解得的绝对相位值获取物体表面的空间三维信息,用于物体表面的三维重建。相移测量技术有单频相移和多频相移两种方式。单频相移技术测量时只获取一组包裹相位值,故其在解包场景、解包精度以及误差容忍度方面均存在不足。本文结合计算机模拟试验分析多频相移相对于单频相移在解包场景,解包精度,抑制随机误差和系统误差方面的优势。并提出了多频相移测量的技术方案,其中包括光栅设计、解包算法设计、相位波动误差补偿、相位校正以及程序设计等内容。查表法和差分法是多频相移技术中最主要的两种方法,本文详细研究了这两种解包方法的算法原理。在此基础上归纳总结这两种解包算法的具体实施步骤。利用计算机模拟解包过程,对这两种方法在测量场景以及解包容差能力方面进行了理论分析和比较。模拟试验表明查表法在测量场景以及理论容差度上均优于外差法。相位波动误差和相位偏移错误校正是多频相移测量中的两项关键技术。在计算机仿真分析投影仪伽马非线性特性对包裹相位波动误差影响的基础上,提出一种面向相移结构光测量的相位波动误差补偿方法。该方法采用二次多项式最小二乘拟合的方法近似输出条纹光强分布,实现对相位波动误差的补偿。实验结果表明,该方法可大大降低由伽马非线性产生的相位波动误差,补偿后平均相位波动误差小于补偿前的1/5,解包查表误码率比补偿前减少14.5倍。采用基于像素段生长的方法实现对相位偏移错误的校正,该方法利用较小的链表长度实现校正,空间复杂度低,校正健壮性好。在实现对相位波动误差的补偿和相位偏移错误的校正后,本文利用C++实现解包程序的设计。最后,在理论分析的基础上,利用实验室测量系统对本文所提出的解包算法、误差补偿方法以及相位校正技术进行实验验证。同时对查表和差分这两种解包方法在实际测量中的场景、容差度、解包效率以及解包健壮性进行实验比较,并举例说明测量方法在工程中的应用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-23
  1.1 光学三维型面测量技术综述  11-15
    1.1.1 光学三维测量技术概述  11-13
    1.1.2 相位测量轮廓术概述  13-15
  1.2 当前研究现状  15-22
    1.2.1 问题的提出  15-16
    1.2.2 解包算法研究现状  16-20
    1.2.3 相位波动误差补偿研究现状  20-22
  1.3 本文研究目标和内容  22-23
第二章相移结构光测量技术研究  23-37
  2.1 相移测量方法基本原理  23-28
    2.1.1 系统概述  23-24
    2.1.2 三角法测量原理  24-25
    2.1.3 三维坐标计算  25-28
  2.2 相移解包原理  28-31
    2.2.1 解包基本原理  28-29
    2.2.2 单频相移解包方法  29-30
    2.2.3 多频相移解包方法  30-31
  2.3 单频与多频理论比较  31-34
    2.3.1 解包场景比较  31
    2.3.2 解包精度比较  31-34
  2.4 多频相移测量技术方案  34-36
    2.4.1 投影光栅的设计  34-36
    2.4.2 测量实施步骤  36
  2.5 本章小结  36-37
第三章多频相移解包算法研究  37-50
  3.1 查表解包算法  37-41
    3.1.1 相机坐标的定义  37-38
    3.1.2 查找表的建立  38-40
    3.1.3 查表法实施步骤  40-41
  3.2 外差解包算法  41-45
    3.2.1 双频外差原理  41-43
    3.2.2 多频外差方案  43-44
    3.2.3 多频外差实施步骤  44-45
  3.3 查表与外差方法理论比较  45-49
    3.3.1 解包场景比较  45-47
    3.3.2 解包相位误差比较  47-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章相位波动误差补偿及校正技术研究  50-68
  4.1 解包错误的产生  50-53
    4.1.1 相位波动误差的产生  50-52
    4.1.2 解包相位偏移的产生  52-53
  4.2 相位波动误差的补偿  53-58
    4.2.1 相位波动误差补偿原理  53-54
    4.2.2 最小二乘拟合方法  54-56
    4.2.3 误差补偿结果  56-58
  4.3 相位偏移的校正  58-64
    4.3.1 校正算法原理  58-60
    4.3.2 校正算法设计  60-63
    4.3.3 校正实验结果  63-64
  4.4 相位解包算法程序设计  64-67
    4.4.1 算法基本流程  64
    4.4.2 查找表节点设计  64-65
    4.4.3 查找表类的设计  65-66
    4.4.4 解包类的设计  66-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章实验验证及工程应用  68-74
  5.1 误差补偿实验  68-69
  5.2 解包算法对比实验  69-71
  5.3 技术应用  71-73
    5.3.1 反求工程中的应用  71-72
    5.3.2 医疗颜面修复中的应用  72-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 工作总结  74-75
  6.2 研究展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读学位期间的学术成果  80

多频相移结构光三维型面测量技术研究及应用

内容摘要

全文目录

相似论文