基于远心系统的非连续镜面物体三维测量技术

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1、分类号：Th741密级：UDC：编号：201431205008河北工业大学硕士学位论文基于远心系统的非连续镜面物体三维测量技术论文作者：牛振岐学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器仪表工程指导教师：张宗华职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目(项目编号：51675160)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentandMeterEngineering3DShapeMeasurementforDiscontinuous

2、SpecularObjectBasedonTelecentricSystembyNiuZhenqiSupervisor:Prof.ZhangZonghuaMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51675160.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做

3、出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2017.05.22关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（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：日期：2017.05.22导师签名：

4、日期：2017.05.22摘要在光学器件、精密仪器等设备中存在大量镜面特性的表面，精确地测量镜面物体三维形貌是非常重要的。而镜面物体的测量研究还处于初级阶段，目前主要利用三坐标测量机或者利用喷涂法改变表面特性来对上述物体进行三维形貌测量。因此迫切需要研究一种有效的非接触光学测量手段实现镜面物体表面三维形貌测量。本文提出了基于远心系统全场形貌测量方法，通过直接建立绝对相位和深度数据之间的关系，实现非连续镜面物体三维形貌测量。在系统标定和测量过程中，两个LCD显示屏固定在不同位置。通过软件生成并显示正弦条纹图。反射的条纹图会依据被测物体的表面梯度和

5、深度而产生相应的变形，同时由远心相机采集。双远心镜头具有镜头畸变小和大景深的特点，在进行系统标定和测量表面深度变化大的镜面物体中具有明显的优势。折叠相位图和绝对相位图分别利用四步相移法和最佳三条纹展开法从采集的条纹图中计算得到。本文提出了一种新颖的系统标定方法，该方法能够直接获得LCD显示屏与参考平面镜之间的姿态。系统参数标定之后，从获得的绝对相位信息中可以直接得到被测物体表面的深度信息。由于深度直接与相位建立联系而不需要梯度积分过程，故所提的方法可以测量非连续镜面物体。测量凹面镜和多镜面的台阶实验结果表明该系统能够有效地获得非连续镜面物体的3

6、D形貌信息。关键字：相位测量，非连续镜面测量，相位偏折术，双远心镜头，系统标定IABSTRACTTherearealargenumberofspecularsurfacesinoptics,precisioninstrumentsandotherdevices.Anditisveryimportanttoaccuratelymeasurethe3Dshapeofthespecularobjects.However,theresearchofshapemeasurementfortheseobjectsisstillintheearlystage

7、.Themainmethodsformeasuring3Dshapeofthoseobjectsareusingcoordinatemeasuringmachineorchangingthesurfacecharacteristicsbysprayingpaint.Therefore,itisurgenttostudyaneffectivenon-contactopticalshapemeasurementmethodforspecularobjects.Thispaperpresentsafull-field3Dshapemeasuremen

8、tmethodbasedontelecentricsystemformeasuringdiscontinuousspecularsurfacesbyb