基于ftp的动态物体三维面形测量系统的.研究

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：在三维相位场进行展开过程中，对时间t展开后，采用二元调制度模板指导相位展开，提高展开精度。西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1物体三维面形测量技术重要意义及现状分析随着计算机技术、光学和光电子技术的迅速发展，极大的改变了传统的光学计量技术。

2、光学计量初期所采用的感光胶片记录方式已为固态摄像机技术所取代，高性能的微型计算机和图像处理系统使光学图像的计算机辅助分析技术迅速发展，这些信息获取和处理技术的进步又给光学传感和计量方法上的革新和发展以新的活力，新的三维传感和计量方法不断涌现。为此，国际光学学会1994年以信息光学的前沿为主题的年会上，首次将光学三维传感列为信息光学前沿7个主要领域和方向之一Ⅱ1。光学三维传感在机器视觉、实物仿形、工业检测、生物医学等领域，具有重要意义和广阔应用前景。1．1．1物体三维面形测量技术重要意义光学三维传感是通过运用适当的光学和电子仪器非接触式地获取客观存在物体外部形貌的方法和技

3、术，也就是获取物体表面各点的三维世界空间坐标信息的方法和技术。获取物体三维信息的基本光学测量方法按照成像照明方式的不同通常分为两大类H1：被动三维传感和主动三维传感。被动三维传感采用非结构照明方式，．从一个或多个摄像系统获取的二维图像中确定距离信息，形成三维面形数据。常常用于对三维目标的识别、理解、以及用于位置、形态分析。这种方法的系统构成比较简单，在无法采用结构照明的时候更独特的优点。主动三维传感采用结构照明方式。由于三维面形对结构光场的空间或时间调制，可以从携带有三维面形信息的观察场中解调得到三维面形数据。由于这种方法具有较高的测量精度，因此大多数以三维面形测量为目

4、的的三维传感系统都采用主动三维传感方式。在工业生产流水线上产品质量的在线检测、压模件尺寸检测、冲压板几何形状和形变检测、机车冲撞实验、压力波传播、不连续边界的应力集中、智能机器人运动控制、汽车制导中障碍检测、流体力学、流程可视化、运动力学、弹道学、高速旋转等这样一些动态过程都需要对观察对象进行三维面形实时测量。这些动态过程的三维测量有助描绘和分析动态过程中物体表面西南交通大学硕士研究生学位论文第2页形态的变化，并进一步提取与被测物体相关的结构、形变、应力等物理参数，在科学研究和工程应用领域具有重要意义。1．1．2物体三维面形测量技术现状分析对于前面所述的多种动态过程和现

5、象，现有的可视化研究工作大多是基于二维图像分析开展的，通过对动态过程拍摄记录下瞬间的二维图像，然后对这些二维图像进行相应分析来完成已经工作。这些工作通常是运用高速摄影技术，使用高速成像设备直接记录动态过程场景；或者用一系列的超短脉冲闪光照明运动过程，让普通成像设备的感光胶片多次曝光，记录动态过程中物体运动的轨迹和状态；或者用光学相干方法产生条纹来表征动态过程中的应力位移。在一些变化速度较快的动态过程，例如炮轰波或强冲击波到达时，气体电离发光使光探针输出一个光脉冲，每根光探针只能得到一个信号。另外，全息和电子散斑的方法也是研究动态甚至瞬态过程的重要工具，它有助于获得动态或

6、瞬态过程中某些时刻的状态。这些方法和技术均不能获取动态或瞬态过程中物体三维表面形状的整体连续变化信息。因而，准确记录动态过程中物体三维表面形状连续变化过程，一直是科学研究追求的目标，对于涉及动态过程的研究领域具有重要的科学意义和应用价值。1．2光学三维测量常用技术简介由于三维面形对结构照明光场(点、线、光栅条纹等)产生空间或时间的调制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调制得到物体三维面形的数据，这种方法虽然结构较为复杂，但具有较高的测量精度，同时较为灵活的结构光场选择可以最大限度地主动控制测量方法和提高测量精度。整个测量过程运算量小、处理速度快，因而大多数以三维面

7、形测量为目的的三维传感系统都采用主动三维传感方式，从而使之得到广泛的研究和应用，并在近年得到了很大的发展。下面对一些主动三维传感方式中较为常见的技术做一个简单介绍。西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．2．1飞行时间法(TOF)飞行时间法倥]可分为脉冲调制和相位调制，其原理如图卜1所示。脉冲调制法是测量系统发射光脉冲到被测物体表面，经其反射后被传感器接收，测出光脉冲的飞行时间，根据光速即可计算出其飞行距离。测量精确度主要依赖十接收通道的带宽、起止激光脉冲的鉴别和时间间隔测量，而时间恻隔的精确测量是影响精度的主要因素。为了提高测量精度，可