相位编码结构光三维测量技术研究

合集下载

结构光三维成像技术动态测量中相位提取方法研究

结构光三维成像技术动态测量中相位提取方法研究结构光三维成像技术动态测量中相位提取方法研究摘要：随着科技的发展，结构光三维成像技术在工业制造、医学与生物学等领域中已得到广泛应用。

其中，相位提取是结构光三维成像中至关重要的一个过程。

本文主要研究了结构光三维成像技术动态测量中的相位提取方法。

1. 引言结构光三维成像技术是一种通过发射特定结构的光源，利用光的散射和反射原理进行物体表面形貌测量的方法。

该技术具有非接触、高速、高精度等特点，被广泛应用于三维形貌测量、表面缺陷检测等领域。

而在结构光三维成像技术中，相位提取是一个至关重要的步骤。

相位提取的好坏直接影响到三维成像的精度和可靠性。

2. 相位提取方法2.1 基于频率域的相位提取方法基于频率域的相位提取方法是一种常用且有效的方法，它基于傅里叶变换原理通过频域分析来获取相位信息。

典型的方法有快速傅里叶变换法（FFT）、Hilbert变换法等，它们可以从干涉图像中提取出相位信息。

虽然这些方法能够提取出相位信息，但是在动态测量中往往因为算法复杂度高、计算速度慢等问题而不适用。

2.2 基于时域的相位提取方法基于时域的相位提取方法是一种近年来较为常用的方法。

该方法主要利用结构光在物体表面的反射过程中，相位的连续性来提取相位信息。

常见的方法有相移法、三步相移法等。

这些方法通过在不同时间点上记录下一系列图像，再通过图像处理和算法来获取相位信息。

这种方法相对于频率域方法来说计算速度更快，适用于动态测量。

3. 相位提取方法的研究进展随着科技的不断发展，相位提取方法的研究也取得了很大进展。

在基于时域的相位提取方法中，有学者提出了双频混合法、时序二次提取法等方法，能够更准确地提取出相位信息。

在基于频率域的相位提取方法中，有学者提出了快速傅里叶变换的优化算法，能够提高计算速度。

此外，还有研究者提出了综合使用时域和频率域方法的相位提取算法，进一步提高了相位提取的准确性和速度。

4. 相位提取方法的应用相位提取方法的研究不仅仅停留在理论层面，还有很多实际应用。

基于结构光的三维形貌视觉测量方法研究

基于结构光的三维形貌视觉测量方法研究基于结构光的三维形貌视觉测量方法是一种非接触的三维测量方法。

其基本测量原理是采用计算机生成一定的结构光图案,用投影仪投射到被测物体表面,物体将对投射的结构光图案产生相位调制,表现为具有一定程度变形的结构光图案。

单目系统中利用相移法、傅里叶变换法解调出包裹相位,并进行相位展开,根据系统模型中的相位-高度关系式得到物体的三维坐标。

双目系统中,使用格雷码编码结构光图案,完成双目系统的立体匹配,再根据三角法求解得到物体的三维坐标。

本文以结构光为基础,主要研究了单目系统和双目系统相关的三维重建方法,并将重建方法应用到实际物体的测量,主要内容如下:(1)研究了单目系统中的三维重建的方法,指出单目系统三维测量的关键步骤:系统标定和相位展开。

在相机-投影仪系统中,建立严格的数学模型并求解相关的参数,以较高精度实现了单目系统三维形貌的恢复。

在相位展开方面,采用改进算法能够准确的求解相位主值和进行相位展开,提高了三维形貌恢复的速度和精度。

(2)研究了双目系统中三维重建的方法,针对传统的立体匹配方法匹配点数不多的问题,本文采用了格雷码编码结构光图案的方法,使得投影出的结构光图案中每个像素点都拥有唯一码值与其对应,明显提高了双目立体匹配的精度以及点数稠密度。

在三维计算方面,采用基于公垂线的解法合理处理理论与实际的误差,取得很好的效果。

(3)在单目系统中摄像机-投影仪系统的标定与在双目系统中相机的标定决定了三维测量的精度。

本文采用Bouguet的摄像机标定工具箱,实现了对摄像机较高精度的标定。

经过研究,指出投影仪可以看作是逆向的摄像机,采用基于平面的标定方法可以实现对投影仪的较高精度标定。

(4)针对静态目标的高精度测量问题,本文搭建了双目结构光的三维形貌测量系统。

采用python-opencv进行编码,利用格雷码编码的方法对静态目标投影42幅编码图案进行重建,建立了一套完整的双目编码结构光的测量系统,静态物体测量精度达到0.2mm,并完成软件实现。

面结构光三维系统相位测量精度研究

摘要随着光学三维传感技术的广泛应用，其精度要求也日益变得苛刻。

面结构光三维测量技术以其高速、高精度、非接触等优点备受关注，它是一种主动的非相干光学三维传感技术。

面结构光三维测量技术是通过向物体投射面结构光，然后获取被待测物体表面三维面形调制后的图像，解调出待测物体的相位信息，最后通过相位与高度关系可以得到物体表面的三维形貌数据。

相位测量的精度直接影响物体重建面形的测量精度，因此相位精度问题是面结构光三维测量中的关键问题之一，是研究热点与难点。

本文主要围绕相位测量轮廓术与相位测量偏折术的高精度测量展开研究。

论文的主要研究内容包括：1.面结构光三维测量系统相位精度影响因素分析；阐述了相位测量轮廓术与相位测量偏折术这两种测量技术的基本原理、相位解调算法、相位展开算法以及高度重建算法等，分析了面结构光三维测量相位测量精度的影响因素，主要包括：相位解调算法与相位展开算法等导致的噪声问题、系统的随机噪声、由于相位测量轮廓术系统中其他点的镜面分量引起的多次反射问题、系统非线性Gamma效应引起的相位非线性误差等。

这些因素将导致相位测量不准确，降低测量精度。

2.面结构光三维测量中多次反射消除方法的研究分析；研究分析了相位测量轮廓术中存在的多次反射问题。

首先分析了相位测量轮廓术中多次反射问题存在的原因与影响，采用基于高频编码正弦条纹的方法，将相位误差降低了1.3倍，减小了相位测量轮廓术测量系统中多次反射对相位的影响，提高了相位测量精度。

3.面结构光三维测量中非线性误差的消除；本文着重阐述了系统非线性Gamma效应对相位测量精度的影响，并分析比较了相位测量轮廓术与相位测量偏折术中非线性的差异。

分析了预先畸变条纹补偿法与基于三次样条插值的光强补偿法两种方法，基于此提出一种基于线性拟合的相位误差补偿方法。

通过仿真与实验结果分析，证明了该方法的有效性与可靠性，该方法将非线性相位误差降低了20倍。

此外，本文还将几种补偿方法进行了实验分析对比，实验结果表明：基于三次样条插值的光强补偿法补偿效果最差，非线性相位误差降低了5倍，本论文提出的方法补偿效果最佳，大大降低了非线性相位误差。

基于相移法的结构光三维测量技术

基于相移法的结构光三维测量技术1. 引言结构光三维测量技术是一种非接触、高精度的测量方法，广泛应用于工程、制造、医学等领域。

其中，基于相移法的结构光三维测量技术以其高精度、高速度的特点备受关注。

本文将介绍基于相移法的结构光三维测量技术的原理、应用以及发展趋势。

2. 原理基于相移法的结构光三维测量技术利用光的干涉原理和相移算法，通过投射不同相位的光条纹，再通过相位差的测量来得到被测物体的三维形状信息。

其原理可以简单描述如下：将光源发出的光通过投影装置投射到被测物体表面。

投影装置可以是激光器、LED阵列或数字投影仪等。

通过改变投影光的相位，例如通过改变光的频率或改变投影光的光程差，可以得到不同相位的光条纹。

这些光条纹会在被测物体表面产生干涉，形成一系列亮暗交替的条纹图案。

然后，通过相机或其他光学传感器来捕捉被测物体表面的条纹图案。

相机可以是CCD、CMOS等。

利用相移算法对捕捉到的条纹图案进行分析处理，从而得到被测物体的三维形状信息。

相移算法可以通过计算条纹图案的相位差来确定物体表面每个点的高度或深度。

3. 应用基于相移法的结构光三维测量技术在许多领域都有广泛的应用。

以下是其中几个典型的应用示例：3.1 工业制造在工业制造领域，基于相移法的结构光三维测量技术可以用于产品尺寸和形状的测量、表面缺陷的检测以及零件的配准。

例如，在汽车制造中，可以利用该技术对汽车外壳进行检测和测量，以保证汽车的质量和安全性。

3.2 医学领域在医学领域，基于相移法的结构光三维测量技术可以应用于牙齿、骨骼和皮肤等组织的形状和变形测量。

例如，在牙科领域，可以利用该技术对牙齿进行三维形状的测量，以便制作适合的牙套和牙冠。

3.3 文化遗产保护在文化遗产保护领域，基于相移法的结构光三维测量技术可以用于古建筑、雕塑和绘画等文物的保护和修复。

例如，在对古建筑进行保护和修复时，可以利用该技术对建筑的形状和结构进行精确测量，以便进行合理的修复和保护措施。

部分编码结构光三维测量技术的研究

ｕｗｒｐｉｇａｇｒｍｓａｐｉｄｔｂａｎｔｅａｓｌｔｈｓｆｔｅｅｔｅｉｇｔｎｅｒｔｄｓｉｅ．ｐｒｍｅｔｌｎａｐｎｌｏｉｈｔｉｐｌｏｏｔｉｂｏｕｅｐａｅｏｎｉｍａｅｗｉｉｔｇａｅｔｐｓＥｘｅｉｎａｅｈｈｒｈｒ
Ｃｉａ２Ｓｅｚｅｕｈｓｉｌｈｎｈｎ５０，ｕｎｄｎｒｖｎｅＣｉａ）ｈｎ；．ｈｎｈｎＬｏｕｐｔ，ｅｚｅ１０１ＧａｇｏｇＰｏｉｃ，ｈｎＨｏａＳ８Ａｂｔａｔｓｃ：Ａｒｅｄｍｅｓｎｌ３ＤｓａｅｍｅｓｍｅｔｔｏｓｇｐｒａｃｄｎｒｃｒｄｌｈｒｐｓｄＴｉｒ：ｔｅ—ｉｎｉａ（－）ｈｐａ￣ｅｎｍｅｄｕｉａｉｌｏｉｇｓｕｔｅｇｔｓｏｏｅ．ｈｓｈｏｈｎｔｔｕｉｉｐ
第３卷第５９期
２１年５月０２
光电工程
ＯｐｏＥｌｃｒｎｃＥｎｉｅｒｎｔ — ｅｔｏｉｇｎｅｉ
Ｖｂｌ３Ｎｏ．－９．５
Ｍａ，０１ｙ２２
文章编号：１０ —０（００— ０７０３５２）５０５ —６０１Ｘ１２
部分编码结构光三维测量技术的研究
霍金城，吴庆阳，曾祥军，邓丽２
（．１深圳市微纳光子信息技术重点实验室，广东深圳５８６；１００２．深圳市罗湖医院口腔科，广东深圳５８０）１０１
摘要：提出了一种部分编码结构光三维面形测量方法，将相位展开技术与条纹编码结合起来，既有效地减少了投

结构光三维测量

结构光三维测量
结构光三维测量是一种常用的三维视觉测量方法，通过投射光栅或编码图案到被测物体上，利用相机捕捉物体上的图案形变，进而计算出物体的三维形状和尺寸。

本文将从原理、应用和发展趋势三个方面来介绍结构光三维测量技术。

一、原理
结构光三维测量的原理基于三角测量原理和光学投影原理。

在测量过程中，通过投射光栅或编码图案到被测物体上，形成了一系列光栅或编码的图案。

被测物体表面的几何形状会导致光栅或编码图案的形变，相机捕捉到这些图案后，利用图像处理和计算机视觉算法，可以计算出物体表面的三维坐标信息。

二、应用
结构光三维测量技术在许多领域中得到了广泛的应用。

首先是工业制造领域，可以用于产品的质量检测、尺寸测量和形状分析等。

其次，结构光三维测量技术在文化遗产保护和数字化建模方面也有重要应用，可以实现对古建筑、雕塑等文物的三维重建和保护。

此外，该技术还可以应用于生物医学领域，如医疗影像重建、牙科扫描等。

三、发展趋势
随着科技的不断进步，结构光三维测量技术也在不断发展。

首先是测量精度的提高，通过改进算法和传感器技术，可以实现更高精度
的测量。

其次是测量速度的提升，可以实现实时快速的三维测量，适用于大规模生产线上的应用。

此外，结构光三维测量技术还与其他技术相结合，如深度学习、虚拟现实等，实现更广泛的应用。

结构光三维测量是一种重要的三维视觉测量技术，具有广泛的应用前景。

通过投射光栅或编码图案，结合图像处理和计算机视觉算法，可以实现对物体表面的三维形状和尺寸的测量。

随着技术的不断发展，结构光三维测量技术在各个领域中将会有更广泛的应用。

基于编码结构光的三维测量技术研究

基于编码结构光的三维测量技术研究结构光三维测量技术作为一种非接触、主动式的三维测量方法,具有无损、高效、成本低、可靠性高等优势,被广泛应用在文物重建、医学影像、工业测量、模具制造等领域。

其中时间编码结构光法无需进行扫描,具有较高的测量效率,成为当前该领域的研究热点。

在三维测量技术中,编码图案的设计成为改进三维测量技术的主要突破点。

对此,本文主要通过对编码图案的设计来提高三维测量的测量速度及测量准确度,主要研究内容如下:(1)对三维测量系统的数学模型进行了分析研究,实现系统标定。

采用张正友标定法对摄像机进行标定;将投影仪视为逆向相机,首先求取投影点的射线方程以及平面方程,采用线面相交法求出投影点的空间三维坐标,然后采用与相机标定相同的方法完成投影仪标定。

通过对所提取角点进行重投影的方法来降低标定误差,所得标定结果满足测量精度需求。

(2)研究了二灰度级格雷码编解码方法和灰度二值化方法,在此基础上实现了多灰度级格雷码的编解码过程及图像灰度多值化处理。

分析了多灰度级格雷码的优缺点。

对三维测量常用的正弦相移编码法进行了分析,为了解决正弦相移解码过程的复杂性,研究了应用简单线性运算解码的梯形相移强度比法。

(3)针对传统的二进制格雷码结合正弦相移的编码方法投射图案多,解码复杂度高的问题,本文提出了多灰度级格雷码结合灰度梯形相移的编码方法。

该方法将格雷码投射的编码图案减少到一半,且解码方法更加简单,大大加快了测量速度。

本文首先采用四灰度级格雷码与三步梯形相移对称式组合编码方法进行三维测量,对解码中出现的周期错位现象进行了修正,分析了原理误差。

在此基础上,进一步提出了四灰度级格雷码与三步梯形相移非对称组合编码方法,从原理上消除了周期错位现象,并将格雷码固有的一位解码误差降低为一个强度比误差,提高了测量准确度。

并对投射的梯形强度比编码图案进行了灰度修正,减少了环境噪声的影响。

通过实际测量实验,验证了本文编码方法的可行性,证明了本文提出的编码方法具有投射图案少、测量准确度高、抗干扰能力强、测量速度快的优点。

结构光三维测量系统关键技术的研究的开题报告

结构光三维测量系统关键技术的研究的开题报告一、选题背景和意义目前，三维测量技术已广泛应用于工业制造、工程建设、精密制造、艺术保护等领域。

而结构光三维测量系统作为非接触式三维测量技术的一种，具有快速、精度高、无需触碰被测物等优势，已成为当前最为普遍和有效的三维测量技术之一。

结构光三维测量系统由投影系统、成像系统、配准系统、数据处理系统等几大部分组成。

其中，投影系统的关键技术包括光源、光斑形态、光斑移动方向等方面；成像系统的关键技术包括相机像素、通道数、校正等方面；配准系统的关键技术则包括基准面、模板匹配等方面。

这些关键技术的研究和优化，将直接影响到结构光三维测量系统的测量精度和稳定性，从而提高现代制造业和科学技术实践的精度和效率。

因此，本文将对结构光三维测量系统相关的关键技术进行深入研究和探讨，力求为现代制造业和科学技术实践的发展提供一定的理论支持和实践指导。

二、研究内容1.结构光三维测量系统基本原理和结构组成的研究2.结构光三维测量系统的关键技术进行详细研究和探讨(1)投影系统的关键技术研究：包括光源、光线方向、光斑形态等方面的探讨。

(2)成像系统的关键技术研究：包括相机像素、通道数、校正等方面的分析。

(3)配准系统的关键技术研究：包括基准面、模板匹配等方面的研究。

3.基于结构光三维测量系统的测量算法研究(1)基于迭代最近点算法（ICP）的三维点云匹配方法研究；(2)基于变分法的三维网格重建算法研究；(3)基于曲率分析的三维表面拟合方法研究。

三、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要采用文献资料调研及实验验证相结合的方式。

调研已有的相关文献资料并理解其中的理论和技术，对结构光三维测量系统的基本原理和关键技术进行分析和综合；同时开展实验验证，比较和分析不同方案的实际测量精度及稳定性。

具体技术路线包括：1.结构光三维测量系统基本原理和结构组成的研究2.结构光投影系统的光源、光斑形态、光斑移动方向等关键技术的研究3.基于CCD相机的成像系统关键技术的研究4.基于机器视觉算法的三维匹配和重建技术研究5.基于提高测量精度和稳定性的方法优化结构光三维测量系统的测量方案6.编写结构光三维测量系统的软件程序并进行实验测试四、预期成果和意义1.深入研究和探讨结构光三维测量系统的关键技术和测量算法，为其实际应用提供一定的理论支持和实践指导。

结构光三维视觉检测关键技术研究

4、智能化的检测技术：随着人工智能技术的不断发展，未来的结构光三维视觉检测技术可能需要更加智能化。例如，可以通过深度学习和强化学习等技术手段实现对检测过程的自我优化和自我适应，提高检测的精度和效率。
结论总的来说，结构光三维视觉检测技术是一种具有重要应用价值和发展前景的技术。本次演示通过对该技术的关键技术、应用场景、研究现状和创新点进行深入探讨和分析，指出未来该技术的发展方向和挑战。
结构光三维视觉检测关键技术研究
01 引言
目录
02 关键技术综述
03 应用场景分析04 研究现状05 Nhomakorabea新点和展望
引言
随着科学技术的发展，三维视觉检测技术在许多领域的应用越来越广泛。结构光三维视觉检测技术作为一种重要的三维检测方法，能够通过对物体表面光线的投射和接收，实现对物体表面的三维形状和纹理等信息的高精度测量。这种技术在工业生产、医学诊断、安全监控、虚拟现实等领域具有广泛的应用前景。本次演示将探讨结构光三维视觉检测关键技术的应用和发展。
应用场景分析
结构光三维视觉检测技术在许多领域都有广泛的应用，下面我们将分别进行分析：
1、工业生产：在工业生产中，结构光三维视觉检测技术可以用于实现高精度的三维测量和检测，包括对产品尺寸、形状、纹理等信息的测量和检测，从而提高生产效率和产品质量。
2、医学诊断：在医学诊断中，结构光三维视觉检测技术可以用于进行高精度的医学影像分析和处理，例如通过对医学影像进行三维重建和分析，帮助医生更准确地诊断病情和治疗方案。
3、安全监控：在安全监控领域，结构光三维视觉检测技术可以用于进行高精度的目标跟踪和识别，例如对人脸、肢体动作等进行三维识别和处理，从而提高安全监控的准确性和效率。

编码结构光投影双目视觉三维测量技术研究

摘要三维成像技术是目前比较热门的研究领域，在众多已提出的方法中，采用结构光对物体表面进行扫描重建的方法越来越受到人们的重视。

投影结构光三维重建具有较高精度、非接触、检测速度快、操作简单等优点，在工业场景中正应用得越来越广泛。

单目的结构光系统面对具有复杂表面或者阶梯、陡峭表面的物体时，因遮挡问题而不能重建出完整的物体表面。

双目或多目的投影结构光系统可以有效地解决单目系统遇到的问题，但也引入了新的问题，比如：需要解决多目系统的标定以及多个点云融合的问题。

本文详细介绍了双目结构光系统的测量原理，主要包括投影图案的编码解码技术、系统模型中参数的标定以及点云的生成与融合拼接等。

通过对图案编解码策略进行分析，决定采用格雷码编码，它可以显著提高解码的可靠性。

在对投影仪进行标定时，通过局部单应性变换的方法将投影仪标定转换为成熟的相机标定，大大提高了投影仪标定的准确性。

在最后的点云重建部分，针对菱形排布投影器件的特性，提出了一种三角法三维点云重建的改进方案，有效地解决了正常使用三角法重建点云出现的变形问题。

之后，根据上述原理开发了一套双目结构光三维测量系统，使用它可对复杂表面进行三维重建。

该系统硬件组成比较简单，由一个投影仪和两个相机组成，在进行三维重建时，实际上是左右两个子系统（两个投影仪-相机对）分别进行三维点云重建，之后将右点云变换坐标与左点云进行融合。

实验结果表明工作距离为800mm时，系统的重复相对测量误差为0.6%，即能有效地重建出被测物三维形貌。

关键词：三维测量；双目结构光；格雷码；标定；坐标变换ABSTRACTThree-dimensional imaging technology is a hot research field at present.Among the many methods proposed,the method of scanning and reconstructing the surface of an object using structured light has received more and more attention.3D reconstruction of projection structure light has many advantages,such as high accuracy,non-contact,fast detection speed,simple operation,etc.It is being applied more and more widely in industrial scenes.When a single-objective structured light system faces an object with a complex surface or a stepped or steep surface,it can not reconstruct a complete object surface due to occlusion problems.Binocular or multi-objective projection structured light systems can effectively solve the problems encountered by monocular systems,but also introduce new problems,such as the need to solve the calibration of multi-eye systems and the problem of multiple point clouds fusion.In this paper,the measurement principle of binocular structured light system is introduced in detail,including the coding and decoding technology of projection pattern, the calibration of parameters in system model,the generation and fusion of point clouds, etc.By analyzing the pattern coding and decoding strategy,it is decided to adopt Gray code coding,which can significantly improve the reliability of decoding.In the calibration of the projector,the projector calibration is converted into a mature camera calibration by a local homography transformation method,which greatly improves the accuracy of the projector calibration.In the last part of point cloud reconstruction, according to the characteristics of diamond-shaped projection devices,an improved scheme of three-dimensional point cloud reconstruction using triangular method is proposed,which effectively solves the deformation problem of point cloud reconstruction using triangular method.Then,based on the above principle,a set of binocular structured light3D measurement system was developed,which can be used to reconstruct3D complex surfaces.The hardware composition of the system is relatively simple,consisting of a projector and two cameras.When performing3D reconstruction,the two subsystems (two projectors-camera pairs)are actually reconstructed by3D point cloud respectively, and then the coordinates of right point clouds and left point clouds are fused.The experimental results show that the system's repeated relative measurement error is0.6% when the working distance is800mm,which can effectively reconstruct thethree-dimensional shape of the measured object.KEYWORDS:three-dimensional measurement;binocular structured light;Gray code; calibration;coordinate transformation目录第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.2三维测量技术概述 (1)1.3投影结构光三维测量研究现状 (3)1.3.1点结构光 (4)1.3.2线结构光 (4)1.3.3编码结构光 (4)1.4课题来源和主要研究内容 (6)1.5小结 (7)第二章双目结构光三维测量技术 (8)2.1双目结构光三维测量原理 (8)2.2投影仪和相机模型 (9)2.2.1坐标系简介 (10)2.2.2针孔相机模型 (12)2.2.3畸变模型 (13)2.3投影图案编码 (14)2.3.1二进制编码 (14)2.3.2格雷码编码 (15)2.4健壮的格雷码解码 (16)2.4.1计算阴影掩码 (16)2.4.2光分量分离与像素分类 (16)2.5三角法求解三维点云 (18)2.6左右点云融合 (20)2.6.1获取旋转平移矩阵 (20)2.6.2基于迭代最近点（ICP）算法的点云配准 (21)2.7小结 (21)第三章结构光测量中的标定技术 (23)3.1标定的数学原理 (23)3.1.1张氏标定法 (23)3.1.2立体标定 (26)3.2标定数据的获取 (27)3.3参数标定 (28)3.3.1相机标定 (28)3.3.2投影仪标定 (29)3.3.3系统标定 (30)3.4标定实验结果分析 (31)3.5小结 (33)第四章软硬件设计及关键问题解决 (34)4.1系统硬件设计 (34)4.1.1系统硬件选型 (34)4.1.2系统硬件搭建 (36)4.2系统软件设计 (36)4.2.1软件开发的前期准备工作 (37)4.2.2软件总体设计 (37)4.2.3软件主要模块的实现 (38)4.3系统搭建中的关键技术 (43)4.3.1投影仪和相机之间的同步 (44)4.3.2对于菱形排布投影器件的三角法改进 (45)4.4小结 (47)第五章实验研究与分析 (48)5.1标准阶梯块测量实验 (48)5.2标准圆柱测量实验 (50)5.3左右点云融合效果展示 (52)5.4小结 (54)第六章总结与展望 (56)6.1总结 (56)6.2展望 (57)参考文献 (58)插图清单图1.1三维测量方法分类 (1)图1.2三坐标测量机 (2)图1.3Breuckmann公司的StereoSCAN-HE三维扫描仪 (3)图1.4点结构光示意图 (4)图1.5投影仪-相机对 (5)图1.6编码结构光分类 (5)图2.1双目结构光三维测量系统 (8)图2.2双目结构光系统工作流程 (9)图2.3坐标系示意图 (10)图2.4摄像机坐标系和世界坐标系 (11)图2.5像素p(199，360)的信息编码成两个序列 (15)图2.6二进制其中一bit图案像素编码 (15)图2.7二进制编码和格雷码编码比对 (15)图2.8某一bit的格雷码编码图案 (17)图2.9立体视觉模型 (18)图2.10两条空间直线距离的中点 (19)图3.1从不同方向拍摄的不同姿态的相机标定棋盘格图案序列 (29)图3.2使用单应性矩阵将棋盘格角点变换到投影仪平面上 (29)图3.3相机标定重投影误差 (33)图4.1系统硬件构成图 (36)图4.2软件主界面 (36)图4.3软件分层结构图 (37)图4.4条纹投影功能运行流程图 (38)图4.5投影仪控制界面 (39)图4.6图像采集流程图 (40)图4.7图片采集控制界面 (41)图4.8系统标定流程图 (42)图4.9三维重建设置界面 (42)图4.10点云显示效果图 (43)图4.11采集到的图像序列 (44)图4.12投影图案发生变形 (45)图4.13投影仪中DM微镜的菱形排布 (45)图4.14点云重建流程图 (46)图5.1系统实验示意图 (48)图5.2标准阶梯块 (49)图5.3采集的原始格雷码图片和格雷码解码结果 (49)图5.4阶梯块重建结果 (50)图5.5标准圆柱实物图 (51)图5.6圆柱体点云 (51)图5.7点云中两点之间的距离 (52)图5.8遮挡问题及其解决方案 (52)图5.9点云融合展示 (54)表格清单表2.1格雷码和二进制编码比较 (16)表2.2像素分类策略 (18)表3.1相机和投影仪标定时的参数 (28)表4.1相机主要参数 (35)表5.1标准阶梯块测量结果和误差（单位：mm） (50)表5.2拟合的圆柱半径（单位：mm） (51)表5.3点云融合精度（单位：mm） (53)第一章绪论第一章绪论1.1课题研究的背景和意义对物体表面三维尺寸的测量是当前比较热门的研究领域，相应的测量技术在我们的生产生活中有着广泛的应用。

结构光三维物体面形测量与重建技术研究的开题报告

结构光三维物体面形测量与重建技术研究的开题报告一、研究背景随着工业制造和数字化技术的不断发展，对于物体的形状和尺寸的精确测量和重建需求日益增加。

传统的物体测量方法，如机械测量、光学测量等存在着精度低、测量耗时长等缺点。

因此，需要研究一种高精度、高效的三维物体面形测量与重建技术。

结构光三维物体面形测量与重建技术是一种基于数字投影和数字图像分析技术的三维形态测量技术，它采用投射光纹或光斑照射到被测物体表面，利用相机拍摄物体的表面纹理信息，通过图像处理技术，从而实现物体表面的三维形态测量和重建。

该技术具有自动化程度高、精度高、计算复杂度低等优点。

二、研究内容和方法本次研究的主要内容是结构光三维物体面形测量与重建技术的研究和应用。

具体研究内容包括以下几点：1. 结构光三维形态测量原理的研究和分析，包括光纹投射和光斑投射两种投射方式的原理、算法和优缺点等方面的比较研究。

2. 对被测物体表面的纹理图像进行采集、处理和分析，提取物体表面的几何信息，以获取物体表面的三维形态信息。

3. 根据采集到的数据，进行三维重建算法研究和实现，通过剖面重建和点云重建等方法，实现物体的三维模型的建立和可视化。

4. 研究和实现结构光三维物体面形测量技术的系统平台，包括配置光源、相机、控制电路、图像采集和处理软件等。

研究方法主要是理论探讨和实验验证相结合的方法。

通过对结构光三维测量原理的分析和比较研究，选择最优的投射方式和算法实现物体的三维形态测量和重建。

通过实验验证，对算法进行仿真分析和实验结果评估，进一步验证该技术的可行性和精度。

三、研究意义结构光三维物体面形测量与重建技术具有广泛的应用前景，主要应用在以下几个方面：1. 工业制造：用于零件检测和装配、机床误差测量、板材展开和零件表面质量评估等方面。

2. 精密制造：主要应用于CAD/CAM技术、RP技术、微加工技术等方面。

3. 文化遗产保护：用于文物数字化、保护、复制等方面。

4. 医疗保健：主要用于骨科手术过程中的模型建立和模拟操作等方面。

基于编码结构光的三维测量技术及其仿真研究(论文答辩)共24页

D代表十进制码，
B1 B2 G1
格雷码转换为十进制：
D 2n 1B n2n 2B n 1...2B 2B 1 2n 1G n2n 2(B n G n 1)...(B n 1 G n 2)
格雷码条纹图案实现
clear all %读取一幅640×480的图像 I=imread('i.jpg'); %图像灰度化 J=rgb2gray(I); figure %生成格雷码编码条纹图 A=J; A(:,1:320)=0;A(:,321:640)=255; subplot(3,3,1),imshow(A), … title('a)第一幅格雷码条纹图'); B=J; B(:,1:160)=0;B(:,161:480)=255; B(:,481:640)=0; subplot(3,3,2),imshow(B), … title('b)第二幅格雷码条纹图');
茶壶面测量仿真
仿真的被测茶壶面（视角1）
仿真的被测茶壶面（视角2）
重构的茶壶表面（视角1）
重构的茶壶表面（视角2）
总结
通过对基于格雷码编码的三维测量系统的分析和设计，使我对三维测量技术有了更深的理解，对各种三维测量方法也有了系统的认识。但是在系统的软件编程过程中也暴露了自己的一些不足之处，还需进一步的学习和提高。
0 0 600
1 1 200
投影仪光源中心线与摄像机镜头光轴均在XOY面上。
摄像机坐标系
M、H分别即为摄像机获得图片的长、宽的一半，m、h为被测物表面上一点P在图片中的位置。
系统数学模型
x tan y
x tan
B y
由上面式子得到：
z MP'

结构光视觉测量中相位技术研究

结构光视觉测量中相位技术研究
结构光视觉测量技术是通过投射光栅条纹于被测物体表面,获取受物体表面高度调制的相位信息,进而得到被测物体表面深度信息。

其相关技术在逆向工程、工业生产、医学等诸多领域广泛应用。

其中相位处理技术是结构光视觉测量关键技术之一,决定了测量精度,因而本文围绕相位处理相关技术对结构光视觉测量展开研究。

论文的主要研究工作包括以下四个方面:(1)研究结构光视觉测量系统模型。

根据结构光测量系统数学模型,分析图像像素坐标、相位与摄像机坐标之间的关系。

完成硬件系统设计并对CCD摄像机和数字投影仪选型。

(2)针对结构光测量系统的非正弦化误差,研究相位校正技术。

对摄像机采集的光栅条纹非正弦化误差进行理论分析,指出相位误差形成原因;在分析Gamma非线性效应模型与镜头离焦效应的基础上,研究基于相位映射关系的结构光相位校正方法;最后通过实验验证本文非正弦化理论分析的正确性,同时对非正弦性光栅条纹进行校正实验,结果表明本文方法能显著降低相位误差。

(3)研究相位解缠技术。

根据解相过程,分析包裹相位获取方法,重点研究相移法求解包裹相位方法;分析多频外差和径向基函数解缠方法,针对不足之处,对图像不同复杂度区域,选择不同径向基函数宽度,改进径向基函数的相位解缠方法;最后使用模拟相位进行解相实验,结果表明,改进方法有更好的相位解缠效果,对噪声具有更好的鲁棒性。

(4)实现结构光视觉测量系统。

根据结构光视觉测量系统数学模型,完成测量平台搭建与软件设计,并标定投影仪与摄像机。

结合本文研究方法和标定参数,分别对平面和阶梯状工件进行实例测量,测量结果表明本文方法具有可行性,且测量结果在预期范围内。

亚条纹分辨力的编码结构光三维测量系统研究的开题报告

亚条纹分辨力的编码结构光三维测量系统研究的开题报告一、研究背景光学三维测量技术是近年来兴起的一种非接触式表面形貌测量技术，在制造、航空、汽车、电子、医疗等领域均得到了广泛应用。

其中，编码结构光是一种较为常用的光学三维测量技术之一，其原理是通过光栅编码器产生具有确定编码关系的光斑进行光束扫描，再利用相机对扫描的图像进行处理和解析，从而获得被测物体的三维形貌信息。

目前，编码结构光技术已经发展成了多种不同类型的形式，例如条纹投影、灰度编码、位移调制等，但由于各种形式的光栅编码结构光都存在一定的系统误差，因此需要对其分辨力进行优化和研究，以提高其使用效果和精度。

二、研究目的本研究旨在通过对编码结构光三维测量系统中亚条纹分辨力的研究，对其测量精度进行提升，以适应日益广泛的自动化生产需求。

具体任务包括：1.研究亚条纹分辨力的测量原理和影响因素。

2.设计一种新型的亚条纹分辨力测量装置，并对其进行仿真和优化。

3.应用该测量装置对当前流行的编码结构光三维测量系统进行实验研究，比较其精度和稳定性。

4.通过优化测量系统参数，提高编码结构光三维测量系统的测量精度。

三、研究方法本研究主要采用理论分析、仿真模拟和实验研究相结合的方法进行。

1.理论分析：通过对亚条纹分辨力的影响因素进行分析，得出影响亚条纹分辨力的主要因素。

通过对这些因素的研究，探究如何提高亚条纹分辨力。

2.仿真模拟：利用CAD/CAE等软件建立亚条纹分辨力测量装置的三维模型，进行仿真和优化研究。

通过仿真得出装置的可行性，并根据仿真结果对装置进行优化设计。

3.实验研究：通过自行设计的亚条纹分辨力测量装置对编码结构光三维测量系统进行实验研究。

通过对实验数据的处理分析，比较不同参数下的测量精度，并找出优化方案，提高编码结构光三维测量系统的测量精度。

四、研究意义编码结构光三维测量技术是一种重要的非接触式表面形貌测量技术，其广泛应用为现代自动化生产提供了关键的技术支持。

结构光3d成像原理

结构光3d成像原理
结构光3d成像技术是一种利用光学三角测量原理进行测量和重建物体三维形态的方法。

它通过发送一束结构化光(如条纹、格子等)到被测物体表面，然后捕捉返回的光线信息，利用计算机对数据进行处理，最终生成物体的三维模型。

结构光3d成像原理基于光学三角测量原理，即利用视差原理计算物体表面上各个点的三维坐标。

在结构光3d成像系统中，首先需要将被测物体置于一个光照条件较好的环境里，并且保持相机和投影仪之间的几何关系不变。

然后，投影仪发出一束结构化光，在物体表面形成一个光栅。

相机拍摄物体表面上的光栅图案，将图像传输到计算机中进行处理和分析。

在处理过程中，需要进行相位解码和相位匹配，以计算出每一个像素的深度信息。

相位解码是指将光栅图案的相位信息转换为深度信息的过程，而相位匹配则是通过对比不同光栅图案之间的相位差异，计算出物体表面上每一个像素的深度值。

最终，通过对所有像素的深度值进行三维重建，生成物体的三维模型。

结构光3d成像技术具有高精度、高速度、无接触等优点，被广泛应用于工业制造、医学影像、文化遗产保护、虚拟现实等领域。

- 1 -。