基于条纹反射法测量非连续镜面三维形貌的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321203015河北工业大学硕士学位论文基于条纹反射法测量非连续镜面三维形貌的研究论文作者：刘玥学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：张宗华职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentScienceandTechnologyStudyofMeasuring3DShapeofMirrorwithDiscontinuous

2、SurfaceBasedonFringePatternReflectionTechniqueByYueLiuSupervisor:Prof.ZonghuaZhangMarch2016摘要随着三维光学测量技术的广泛应用，其在逆向工程、生物识别、文物保护等方面取得了较大进展，并发挥出了极大的优越性。然而上述三维测量技术都是应用于漫反射表面，对于工业生产和应用领域存在大量的透明、黑色以及镜面物体需要进行检测，但关于上述特殊表面物体的三维测量研究仍处于初级阶段。目前工业上测量上述物体仍停留在利用三坐标测量机或者

3、喷涂法改变表面特性来进行检测。光学测量具有快速、非接触、全场性、高精度等众多优势，故急需一种光学测量手段解决上述物体表面三维形貌测量的问题。本文基于条纹反射法，研究了一种测量非连续镜面三维形貌的方法。建立了一种新的数学模型，改变了以往研究镜面三维形貌中通过相位求解梯度，再间接计算形貌的弊端。通过直接建立相位信息和镜面深度数据间的数学关系，实现了对非连续和大梯度镜面的测量。依据数学模型，搭建了单目双显示屏测量系统。通过半透半反镜改变光路的设计，解决了镜面测量歧义性的问题，实现了所有元件均固定的要求。给出了

4、一个简单有效的系统标定方案，利用模型法和机器视觉的方法完成了系统标定，为测量提供了必要的参数和条件。在本文的最后给出了验证实验，评价了系统的精度，分析了误差来源，并且测量了非连续反光台阶表面和反光凹面镜的三维形貌。实验结果验证了本方案的可行性与有效性。关键字：镜面三维测量、三维标定、非连续镜面测量、相位计算AbstractWiththedevelopmentofthreedimensionalopticalshapemeasurementtechnology,itiswidelyappliedinthe

5、fieldsofreverseengineering,biologicalrecognitionanddigitalizationofculturalrelics,etc.However,alloftheexistingtechniquesareappliedtomeasureobjectswithdiffusedsurface.Therearealargenumberoftransparent,black,andreflectiveobjectsinindustrialapplications.The

6、researchofshapemeasurementfortheseobjectsisstillintheearlystages.Atpresentthemainmethodsinindustryareusingthreecoordinatemeasuringmachineorchangingthesurfacecharacteristicsbysprayingpaint.Opticalshapemeasurementhasmanyadvantagessuchashighspeed,non-contac

7、t,andhighmeasurementprecision.Thereforeadirectopticalshapemeasurementmethodfortheabove-mentionedobjectsisneeded.Thisthesispresentsanewmethodof3Dshapemeasurementofspecularreflectivesurfacebasedonfringereflectionmethod.Anewmathematicalrelationshipbetweenph

8、aseanddepthisestablished,insteadofcalculatinggradientwhichisunabletomeasurediscontinuoussurface.Basedonthemathematicalmodel,asystemissettingup,whichconsistsofabeamsplittertochangetheopticalpath,andtwoLCDscreenswithmonoscop