基于单目视觉的深度测量与三维形貌重建

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1、中图分类号：TP37论文编号：102870318-SX012学科分类号：080402硕士学位论文基于单目视觉的深度测量与三维形貌重建研究生姓名钱时锦学科、专业测试计量技术及仪器研究方向图像处理指导教师田裕鹏教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringDepthMeasurementand3DTopographyReconstructionBasedonMonocularVision

2、AThesisinInstrumentScienceandTechnologyEngineeringbyShijinQianAdvisedbyProfessorYupengTianSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或

3、证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要工件表面形貌以及深度测量一直是生产应用中关心的重要问题，对质量保证、安全运行、逆向工程等具有重要意义。如随着我国高铁为代表的交通事业的发展，对保障列车安全扮演重要角色的列车车轮，其踏面损伤状况的检测就显得尤为重要。但在实际应用中，人工目视法以及冲击载荷法等接触式测量仍占主导地位，现有的仪器设备等只能进行三维形貌或者表面状况的检测，急需一

4、种能够同时获得车轮三维形貌和表面状况的检测方法。本文对基于视觉的三维形貌及表面状况快速准确测量的方法进行研究。本文以列车车轮踏面检测为研究背景，运用傅里叶轮廓术与明暗恢复形状技术，实现踏面表面的缺陷检测与三维形貌恢复，并针对金属表面高光问题进行了研究。主要的工作内容有：1、在高光消除部分，针对彩色图像，基于双反射模型法实现了对金属曲面的高光消除；针对黑白图像，改进了双反射模型法，提出了一种自适应分割高光区域的算法，并通过多项式拟合以及分块迭代等实现对非高光区域的补色。2、提出了一种基于散焦光栅投影原理的列车车轮踏面的形貌恢复方法。首先，采用傅里叶轮廓术实现对光栅条纹相位

5、的提取；然后分析了车轮踏面高度与相位的对应关系，实现踏面三维形貌重建；最后，通过对检测结果的误差进行分析，验证了该方法的可行性。为了在形貌重建的同时提取踏面表面信息，基于频域低通滤波器、小波变换、巴特沃斯陷波滤波器，分别设计了三种从光栅图像中恢复背景图像的方法；3、根据明暗恢复形状原理，提出了一种基于Tashi算法的单目表面状况与形貌重建检测方法，并通过仿真实验和对实际采集的图像进行处理，获得融合表面深度与表面状况的图像。本文所做的工作和研究成果对表面缺陷检测和三维形貌重建的研究具有重要参考价值。关键词：单目视觉，三维形貌重建，散焦光栅投影，傅里叶轮廓术，明暗恢复形状I

6、基于单目视觉的深度测量与三维形貌重建ABSTRACTSurfacetopographyanddepthmeasurementhasalwaysbeenanimportantissueofconcerninproductionandapplication,whichisofgreatsignificancetoqualityassurance,safeoperationandreverseengineering.Sinceofthedevelopmentoftransportation,thedetectionoftreaddamageonthetrainwheels,w

7、hichplaysanimportantroleinensuringvehiclesafety,becomesespeciallyimportant.However,inpracticalapplications,contactmeasurementsuchasartificialvisualmethodandimpactloadmethodstilldominate.Existinginstrumentsandequipmentcanonlydetectthree-dimensionaltopographyorsurfacecondit