光学三维测量的相位误差补偿及孔洞修补的研究

论文摘要

随着科技进步,近年来光栅投影三维测量技术正在趋向于成熟和走向更多领域。光栅投影三维测量技术具有非接触,高效率,高精度等优点,逐步代替接触式测量,成为测量技术领域研究的热点。光栅投影测量技术在逆向工程,工业检测,医疗诊断,文物数字化和服装制造等众多领域广泛应用。光栅投影三维测量技术是利用投影设备(DLP)将特定的光栅投影到被测物体上,一般采用标准正弦光栅,然后用图像传感器获取由于被测物体高度调制发生变形的光栅条纹图像,通过图像中的灰度这个指标对物体进行求解相位,通过相位可以反映被测物体的深度信息,进而计算出被测物体的三维点云数据。本文通过对系统原理和关键技术分析,对相位误差和孔洞修补进行深入研究,拟搭建一套三维测量系统,主要工作可以分为如下：(1)对测量系统的原理和关键技术进行研究,如摄像机标定、相位求取、系统标定等。对传统测量模型和新的测量模型对比,分析其优缺点,并确定新的系统模型为本文的模型,并搭建一套三维测量系统。(2)对相位求取和展开进行研究,对格雷码和二进制编码比较,分析系统测量存在的点云分层问题,采用并创新了一种适合本系统的互补性编码光栅,可以解决相位周期错位问题,进而解决点云分层问题。(3)搭建系统测量物体时,发现相位误差的存在将会使得测量误差严重,会直接影响测量数据的准确性。本文对相位误差的产生原因进行说明,创建了适合本系统的相位误差查找表。系统的标定和后续的测量环节都需要采用相位误差查找表进行相位误差补偿。(4)测量物体时,不可避免的物体表面出现孔洞,研究分析了点云孔洞问题。对孔洞边界特征点进行识别,链接,建立特征面,进行孔洞多边形角度计算,通过角度指标对孔洞进行填充,填充效果良好,适合于平面和类似于平面的孔洞修补。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学投影测量技术简介
• 1.3 光学投影测量技术应用
• 1.3.1 虚拟现实
• 1.3.2 文化遗产
• 1.3.3 服装制作
• 1.3.4 工业领域
• 1.4 光学投影测量技术研究现状
• 1.4.1 光学投影测量技术国内外研究现状
• 1.4.2 相位误差补偿及孔洞修补的研究现状
• 1.5 本课题研究意义及主要内容
• 第2章 测量系统原理与技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 光栅投影数学模型分析
• 2.2.1 传统的直接三角法光栅测量模型
• 2.2.2 新的光栅测量模型
• 2.3 光栅投影测量系统技术的研究
• 2.3.1 像点与物点三维坐标关系
• 2.3.2 摄像机标定技术
• 2.3.3 相位技术
• 2.3.4 系统标定技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 相位计算与展开研究
• 3.1 引言
• 3.2 相位计算
• 3.3 相位展开
• 3.3.1 二进制码和格雷码
• 3.3.2 相位周期错位原因分析
• 3.3.3 互补性编码光栅
• 3.4 本章小结
• 第4章 相位误差补偿技术的研究
• 4.1 引言
• 4.2 相位误差成因分析
• 4.3 相位误差补偿研究
• 4.3.1 现有的相位误差补偿算法
• 4.3.2 基于相位误差查找表的误差补偿算法
• 4.4 相位误差表的建立
• 4.5 实验分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 点云孔洞修补技术的研究
• 5.1 引言
• 5.2 点云孔洞修补方法的归类
• 5.2.1 孔洞形成的原因
• 5.2.2 孔洞修补的方法
• 5.2.3 适合本系统的孔洞修补的技术路线
• 5.2.4 小结
• 5.3 点云孔洞边界识别
• 5.3.1 点K邻域搜索
• 5.3.2 点云法矢求解
• 5.3.3 边界特征点识别
• 5.3.4 边界特征点连接
• 5.3.5 实验分析
• 5.3.6 小结
• 5.4 点云孔洞修补
• 5.4.1 孔洞多边形特正面确定
• 5.4.2 孔洞多边形夹角计算
• 5.4.3 孔洞填充
• 5.4.4 小结
• 5.5 实验分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢