基于颜色编码三维测量的数字图像处理.doc

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1、基于颜色编码三维测量的数字图像处理一．颜色编码利用条纹的颜色实现编码就是颜色编码法。颜色编码法是空间编码法的一种。基于由三色学说建立的RGB模型,确定了一种彩色条纹组合编码的方法。用作颜色编码的颜色代码可分为反射色和发光色两种。反射色编码必须在一定的照明条件下使用。如果只变换颜色的色调，一般只限于九种颜色，但如果与色调、明度、饱和度相配合，则可多达二十多种颜色。其中红、橙、黄、绿，蓝、紫等基本色是颜色编码中最常用的颜色代码。与其他编码方式相比，颜色编码所需的空间小，在搜寻，计数以及定性判断作业中使用效果较好。但颜色编码易受

2、照明条件影响，而且不适用于有色觉缺陷的人。在设计和使用颜色编码时要考虑照明环境，颜色亮度、色码大小和观察距离等因素。彩色编码原理颜色编码策略有很多种，各有优缺点。好的编码策略应该具有长的周期和较强的抗干扰能力。用彩色摄像机获得的图像中，红、绿、蓝3种颜色相互独立，称为三原色。为了使测量系统具有一定的抗干扰能力，尽量使每一种颜色之间的差别达到最大。因此红绿蓝3种颜色每种只取0和255两个值。这时用3种颜色进行组合，可以得到白、红、绿、蓝以及它们的补色黑、青、品、黄。如果用黑色做底色，为了减少色彩之间的相互干扰，底色条纹与彩色

3、条纹的宽度比取2。为此，取红、绿、蓝以及它们的补色青、品、黄6种颜色来生成编码图案。颜色编码图案如图3所示。为了用有限的颜色获得尽可能多的彩色条纹，将相邻的3条颜色条纹组成一组，任意一组3条条纹的颜色排列顺序互不相同。二．三维测量三维测量主要有接触式和非接触式两种方法。三维接触式测量方法是由传统的探针式接触测量方法发展而来的,目前三坐标测量机是该方法发展的成功典范和主要的使用工具;非接触法测量三维工件方法主要是指光学方法。传统的接触测量方法中有测量力的存在,测量时间长,需要对测头的半径的补偿,不能测量软质材料等局限;光学的

4、三维面形检测,由于其非接触、高准确度、易于自动控制等优点,日益受到人们的重视。现有的方法包括莫尔条纹法、傅里叶变换轮廓术、位相测量轮廓术、光学三角测量法等。1.基于小波变换的三维测量方法一种新的基于小波变换的三维测量方法。其主要目的在于精确得求解出条纹图像的相位分布，由相位分布得到物体的三维形貌信息。其实现步骤为：将一幅黑白正弦条纹图像投影到被测物体上。对ＣＣＤ采集到的变形条纹图像逐行进行小波变换，通过检测小波脊线求解相对相位分布，同时记录小波脊线位置的小波变换尺度因子建立质量图。根据质量图将相对相位分布分成可靠性高低的两

5、个部分，可靠性高的部分采用扫描线算法直接进行相位展开，可靠性低的部分根据质量图指导，采用洪水算法相位展开，得到条纹图像的绝对相位分布。根据相位高度转换公式由绝对相位分布获取被测物体的三维信息本文方法误差范围是-2．5～O．5rad2.基于PSD的三维测量方法.一种基于PSD的三维测量方法，其特征在于：使用由线阵PSD配合柱面镜头构成相机装置观测空间目标点P，得到空间点P在PSD相机的投影点u的位置信号。该位置信号可以唯一定义一个空间测量平面；当多个PSD相机同时使用时，由单一空间点P所获得的多个投影点u可以定义同样多个测量

6、面；这些面非平行，其交点就是该空间点P；在这些平面方程可以确定的条件下，则该空间点P的位置可以由所述平面定义的坐标系下计算出来；为实现上述三维定位，要先对所使用PSD相机进行标定，获得参考坐标系与PSD投影点u的位置关系，当相机标定完成之后，再进行三维定位计算3.莫尔条纹法提出了以计算机控制光栅产生莫尔条纹来测量物体三维形貌的新方法。利用计算机控制空间光调制器（spacelightmodulator.slm）产生可控制幅度及位相的理想光栅，将平行光波投影到待测物体上。其反射光通过参考光栅形成莫尔条纹，利用ccd接受并进行数

7、字图像处理，恢复出待测物体的三维形貌，对此方法进行了理论分析，推导出变形莫尔条纹与待测物形貌变化的关系式。利用MATLAB对此关系式进行仿真计算，其准确度可达0.011um理论分析了变形莫尔条纹与待测物形貌裱花的关系，利用MATLAB对此关系式进行仿真计算，仿真计算的准确度可达0.011um，证实此方法是可行的。4光学三维测量法光学三维测量法分为相移测量法，傅里叶轮廓术，相位测量轮廓术相移测量法是一种重要的三维测量方法，它采用正弦光栅投影和相移技术，投影在物体上的光栅，根据物体的高度而产生变形，变形的光栅图像叫做条纹图，它

8、包含了三维信息。相移法有多种方案，出现较早的N步法将投影到物体表面的正弦光栅条纹移动N次，每次移动的相位值为2N/(N+1)，从而得到N+1幅图像。除此之外还有N段积分法，N+1步法，最小二乘法，Carre相移法等。相移法的有点事一种在时间轴上的逐点运算，不会造成全面影响，计算量少。另外，这种方法具有一