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1、华中科技大学硕士学位论文基于光度立体视觉的表面精细特征三维重建技术研究姓名：徐庆相申请学位级别：硕士专业：材料工程指导教师：王从军2011-05-28华中科技大学硕士学位论文摘要物体的三维重构是光学测量领域里一个重要的分支，其在工业检测，产品质量控制，医学诊断，古董和遗迹的研究，现场取证，虚拟现实等多种领域都着有广泛的应用。在一些应用领域需要获取物体表面细微特征的三维数据，但是现有的测量方法在测量精度和细微分辨率两个方面还无法兼顾，使得其应用受到了很大的限制。本文研究了一种基于光度立体视觉的物体表面细微
2、特征三维重建技术。该技术能够获取物体表面细微特征的三维数据，并且能与结构光三维测量技术相结合，获取物体高精度和高细节清晰度的三维数据，有着实际的应用价值。本文研究的三维测量系统主要面向物体的精细结构和细微特征的三维重构，重点在于提高物体三维形貌重构的精细度、速度和操作的方便性。通过对光学测量技术的对比分析，本文分别对被动测量技术中的光度立体视觉测量技术和主动测量技术中的结构光测量技术进行了系统的研究，并通过这两种技术分别实现了物体细微特征的三维重构。本文对光度立体视觉算法的原理进行系统的研究，并对光度立
3、体视觉测量设备进行了设计。首先标定光源方向，并根据物体材料建立了一个合理的光照模型，然后根据图像的亮度信息计算物体的表面法向，最后根据物体表面法向计算表面三维数据，并且通过实验证明本方法能够成功对物体表面的细微特征进行三维重构。本文在对结构光测量的原理进行系统的研究的基础上，对结构光测量设备进行了设计和优化。通过实验和分析，找到了通过结构光测量设备获取物体细微特征的方法，并通过多个实际的应用，分析了结构光测量系统对物体细微特征三维重建的有效性。通过对比和分析光度立体视觉技术和面结构光测量技术的优缺点，本
4、文还提出了一种把结构光测量系统和光度立体视觉测量系统进行结合，对三维数据进行优化的方法，它既能保证三维数据的精度又能提高三维数据细节信息。关键字：精细特征、光度立体、光照模型、表面法向、三维重建、结构光测量I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheresearchofthree-dimensionalshaperecoveryisanimportantbranchofopticalmeasurement.Thereareprospectiveapplicationsintheresearchofa
5、ntiquesandrelics,fieldevidencecollection,virtualreality,medicaldiagnostics,industrialinspection,productqualitycontrolandotherareas.Facingtherequirementsofhigh-precision,high-efficiencyandlow-costondetectionofsmallsizeobjectsandsubtlecharacteristics,thecu
6、rrentmethodscannoteithermeettherequirementsoraretooexpensive,sothatmostpeoplecannotacceptthem.Therefore,wedevelopalow-cost,high-efficiencyandsimple3Dmeasurementsystemforsmallsizeobjectsandsubtlecharacteristics.furthermore,itcancambinewiththestructuredlig
7、ht3Dmeasurementsystem.ithasapraticalvalue.Our3Dmeasurementsystemisusedtoobtaintheshapeofsmallobjectsandsubtlecharacteristicsprimarily,wefocusonitsprecision,efficiencyandconvenience.Inthispaper,firstly,weanalysesomepopularoptical3Dmeasurementtechniques,th
8、enwerespectivelystudyonphotometricstereotechniqueofpassivemeasurementandstructuredlight3Dmeasurementsystemofactivemeasurement,andachievethe3Dshapeofdetailedfeaturessuccessfully.Inthispaper,westudiedtheprincipleofphotometri
