相位辅助光学三维测量系统的标定方法

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1、相位辅助光学三维测量系统的标定方法相位辅助光学三维测量系统的标定方法CalibrationTechniqueforPhase-AidedOptical3DMeasurementSystems一级学科仪器科学与技术学科专业仪器科学与技术作者姓名殷永凯指导教师彭翔教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年五月独创性声明木人声明所呈交的学位论文是木人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文屮不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位

2、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对木研究所做的任何贡献均已在论文屮作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期:年月日签字日期:年月日屮文摘要相位辅助光学

3、三维测量技术具有测量精度高、数据密度大、测量速度快、系统结构简单、普适性和灵活性好等优点，是基于结构照明的光学三维测量中极具代表性的一类方法,在工业制造、测绘导航、文化遗产、医学诊疗、影视娱乐等各个领域有着日趋广泛的应用。本论文主要针对相位辅助光学三维测量系统的标定方法及其相关技术展开研究，旨在提高测量系统的标定精度，寻找可行性更高的现场标定方法。在概介绍相位辅助光学三维测量的基本原理、国内外研究现状、发展趋势以及关键技术的基础上，论文重点对决定系统标定精度的两个要素??基准点的图像坐标基准点的三维坐标进行了分

4、析研究。圆形标志点是标定所用基准点的常见形态，为了准确地获得圆形标志点图像的中心坐标,基于余误差函数的椭圆旋转变换对圆形标志点图像邻域的灰度分布进行曲面建模，实现了基于曲面拟合的亚像素精度的中心定位。模拟和实际的实验均证明，该方法对图像中的噪声表现出了较好的鲁棒性。讨论了由于透视投影的非对称性导致的屮心定位偏差，结合Chen的基于圆的相机标定技术以及Heikkil?的偏差模型来对上述中心定位偏差进行了修正。单目的“相机-投影仪”结构是基于相位辅助光学三维测量技术的三维传感器的常见配置。针对单目三维传感器标定所常

5、用的平面标靶，设计了一种基于位置关系不变性实现基准点I!动编码的平面标靶图案，用于方便地对传感器进行标定。考虑到投影仪和相机在模型上的等价性，将光束平差原理引入单目三维传感器的标定中，从根木上减小了由于基准点三维坐标的不确定度所引入的系统差。实验证明该方法可以利用制作精度较低的标靶实现较高精度的标定。在测量拓扑复杂、尺度较大的物体时，一个可行性较高的方案是利用多个双目传感器构成多节点三维测量网来进行测量。通过对己有文献的分析可知,三维标靶是旳适用于测量网标定的标靶。为此，首先以编码标志点为基准点来构造自适应测量

6、空间的三维标靶,然后运用欧氏重建和光束平差技术精确重建基准点的三维坐标,旳后利用重构后的标靶方便地进行多节点三维测量网的标定。对上述过程中的标靶重建精度和系统标定精度进行了小尺度下的实验验证。将上述测量网的标定方法应用于一个工程案例，对某石英陶瓷圮堀自动检测系统中的三节点测量网进行了实际标定。关键词:光学三维测量，标定，中心定位，光束平差,测量网，相位辅助ABSTRACTPhase-aidedopticalthree-dimensional3DmeasurementPA0M-3Dhastheadvantages

7、ofhighaccuracy,highdensity,rapidmeasurement,simplestructure,gooduniversalityandflexibility.ThePA0M-3Disthemostrepresentativemethodaniongoptical3Dmeasurementtechniquesusingstructuralillumination,andithasincreasinglyextensiveapplicationsinvariousfieldsincludin

8、gindustrialmanufacturing,surveying&navigation，culturalheritage,medicineclinics,entertainment,andsoonThecalibrationmethodologyandrelatedtechniquesofthePAOM-3Dsystemarestudiedinthisdissertation,wh