基于面结构光的物体表面三维重建方法研究与实现

论文摘要

三维重建是一项数字化技术,能够重建出实际物体的数字化三维模型,近年被广泛应用于工业检测、逆向工程、生物医疗、文物修复、服装设计和影视游戏制作等领域。其中,基于面结构光的三维重建技术,以其非接触式和重建精度高的特点得到广泛的研究和应用。该技术将面结构光投影到物体表面,用相机采集经物体表面调制变形的结构光图像,通过对变形结构光图像的分析,建立投影到物体表面上一点的结构光投影点和其在变形结构光图像中成像点之间的对应关系,然后根据三角测量原理计算出物体表面每一点的深度,从而实现物体表面的三维重建。论文针对单投影仪-单摄像机三维重建系统中,系统配置的约束条件过强和投影仪标定困难的问题进行研究,取得了以下成果:（1）在分析传统三维重建系统物相关系的基础上,推导了投影仪和摄像机在一般位置条件下的物相关系,减少了系统中的约束条件,使得系统的配置更为灵活;（2）对三维重建系统的标定方法进行了研究,实现了张正友提出的基于平面标定物的摄像机标定方法;提出了一种投射彩色圆形标记的投影仪标定方法,该方法利用已标定的摄像机来标定投影仪,避免了特殊标定设备的使用;（3）对标定图像的处理方法进行了研究,实现了棋盘格标定板图像X型角点和彩色圆形标记中心自动提取和排序编号算法,提高了三维重建系统的标定效率。最后,借助本实验室已实现的外差式相移方法实现了快速的相位展开,并根据系统标定结果和推导的物相关系实现了物体表面的三维重建。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构光三维重建的原理及关键技术
• 1.3 面结构光三维重建技术的研究现状
• 1.4 本文的工作和章节安排
• 2 三维重建系统的总体技术方案
• 2.1 三维重建系统的构成
• 2.2 一般位置条件下的物相关系
• 2.3 本章小结
• 3 摄像机标定的研究
• 3.1 摄像机标定方法
• 3.2 标定图像的处理方法
• 3.3 摄像机标定的实验及结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 投影仪标定的研究
• 4.1 投影仪标定的原理
• 4.2 基于投影彩色圆形标记的投影仪标定方法
• 4.3 投影仪标定的实验及结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 三维重建的实验及结果分析
• 5.1 三维重建的实验设计
• 5.2 三维重建的实验结果
• 5.3 误差分析
• 6 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录