投影栅线法形貌测量中相位恢复和相位展开算法-研究

《投影栅线法形貌测量中相位恢复和相位展开算法-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、山东大学硕Ij学位论文1．1引言第一章绪论随着计算机技术、光学和光电子技术的发展，光学三维测量技术得到了飞速发展和广泛应用。自八十年代以来人们对投影栅相位法的研究越来越多n1¨，投影栅线法由于采用白光做光源，克服了用激光光源时对检测环境要求高的缺陷，有利于精确的三维形貌测量系统产品化。目前三维形貌测量技术的重点已经从最初的云纹轮廓术转到当前的相位分布法n2州。相位分布法克服了传统的云纹轮廓术无法判断被测物体表面凸凹以及测量精度低等缺点。各种投影栅线法都有其特点和缺陷，其应用也受到不同程度的限制。而随科技和工业技术的进一步发展，不同领域对三维形貌测量的

2、精度、自动化程度及实用性等方面的要求愈来愈高。因此，国内外许多研究人员都在不断进行研究，争取有更理想的新方法或对已有方法进行改进，以满足需求。20世纪90年代以来，光学三维传感已逐渐成为当今国际上的热门研究课题之一。美国、日本、德国、加拿大等国在该领域相继提出了许多新的测量原理和方法，我国目前在这一领域也有了较大的研究进展．1994年，国际光学学会以信息光学为主题的年会上首次将光学三维传感列为光学前沿七个主要领域和方向之一。1997年正式启动的数字米开朗基罗计划(TheDigitalMichelangeloProject)就是光学三维传感技术在艺术雕

3、塑和文物保护方面应用的一个成功例子。该计划的成员由Stanford大学和Washington大学的专家和学生组成，目的是对意大利的Michelangelo雕塑和由他设计的建筑进行三维数字化．该计划在1998—1999年之间进行，共对10个Michelangelo的雕塑(其中包括最为著名的雕塑David)，两座建筑物的内部，FormaUrbisRomae的1163个外部碎片和一块雕刻在大理石上的古罗马地图进行了三维数字化。1．2光学三维形貌测量方法概述光学三维形貌测量是指用光学手段获取物体三维空间信息的方法和技术，主要指获得物体表面三维形状信息的方法和

4、技术，它已经成为人们认识客观世界的重要手段。根据照明方式的不同，光学三维测量系统可以分为两大类：被动式三山东人学硕I：学位论文维测量和主动式三维测量。1．2．1被动式测量被动式测量中物体的照明是由物体周围的光线来提供的，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，即单目、多目视觉；主动式是采用结构光照明方式。由干三维面形对结构光场的空间或时间限制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调得到三维数据。这种技术主要用于受环境约束不能使用激光或特殊照明光的场合，或者由于保密需要的军事场合。当从一个摄像系统获取的二维图像中确定信息时

5、，人们必须依赖对于物体形态、光照条件等的先验知识。如果这些知识不完整，对距离的计算可能产生错觉。从两个或多个摄像系统获取的不同视觉方向的二维图像中，通过相关或匹配等运算可以重建物体的三维面形，当被测目标的结构信息过分简单或过分复杂，以及被测目标上各点反射率没有明显差异时，这种计算变的更加复杂。被动三维传感方法测量精度低，计算量较大。不适于精密计量，常用于三维目标的识别、理解以及位形分析，但是由于系统简单，数据采集快速、便捷，在机器视觉领域有着广泛的应用。常见的被动三维传感有双目视觉、聚焦／离焦法、光度立体视觉、由明暗恢复形状和由纹理恢复形状等。1)双

6、目视觉n7。2朝，是根据仿生学原理构造类似于人类双眼视觉的功能，从两个不同视觉方向的二维图像中确定距离信息。系统用两个照相机从两个不同角度获取物体的两幅图像，如同人的两只眼睛一样，计算机通过对一个物点在两幅图像上不同的位置进行处理，得到物体的三维信息。双目立体视觉的优点在于其适应性，可以在多种条件下灵活地测量景物的三维信息。例如，在航空测量领域，双目立体视觉利用飞行器携带的高性能相机沿航向摄取序列图像，获得地形信息．但双目立体视觉有两个缺点：(a)需要大量的数据运算。正因如此，双目立体视觉目前在实用中还未被广泛采用．不过，近来由于在高速信号处理器硬件

7、研究方面取得迅速进展和并行处理技术的发展，使得应用通用的并行处理器来解决双目立体视觉处理中的计算问题成为可能。(b)对物体纹理特征的过分依赖性。丰富的纹理特征可以降低对应点匹配的多义性，双目立体视觉不适用于表面缺乏纹理特征的物体距离信息的提取。当被测目标的结构信息过分简单或过分复杂时，以及被测物上各点反射率没有明显差异时，这种相关运算变得十分复杂和困难。2山东人学硕J二学位论文2)被动三维离焦方法，是1987年由Pentland首先提出的，它通过物体的两幅离焦像找出它们的相对模糊度(两离焦参数之比)，由相对模糊度与光学系统的模糊参数关系求出物体的三维

8、结构。由于被动三维离焦方法需要根据物体表面的纹理特征计算相对模糊度，当物体表面过于简单或者过于复杂时，获得正