双目视觉与编码结构光结合的三维重建技术的研究

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1、双目视觉与编码结构光结合的三维重建技术研究李学锋2016年1月中图分类号：UDC分类号：双目视觉与编码结构光结合的三维重建技术的研究作者姓名李学锋学院名称自动化学院指导教师金锋答辩委员会主席王渝申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonThreeDimensionalReconstructionofBinocularVisionCombinedwithStructureLightCandidateName：LiXuefengSchoolorDepartm

2、ent:SchoolofAutomationFacultyMentor:JinFengChair,ThesisCommittee：WangYuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：6th,Jan,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特

3、别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要计算机视觉技术是当前的热门研究领域，三维重建技术是其中的重要分支。这一技术涉及到了图像处理和视觉处理的知识，在工业自动化、逆向工程、文物保护、虚拟现实和增强现实和机器人应用等场景得到了广泛而有效地应用。低成本、高精度、快速获取、多场景适用性是三

4、维重建系统的重要指标，也是研究的重点和难点。本文设计了一套立体视觉和结构光技术相结合的三维重建系统，对系统涉及的立体视觉和编码结构光技术的原理和方法进行了详细分析和实验，首先给出了相机成像原理的分析，单目及双目标定的原理、实现方案和实验结果，立体校正的原理和实现，极线约束条件建立的原理；然后对立体匹配的块匹配算法、全局和半全局的匹配算法进行了介绍和分析，提出了基于超像素分割的稠密视差估计方法；对结构光编码的常用方法进行了分类和对比，设计了基于7幅格雷码图案和10幅相移图案结合的编码方案。在对系统原理进行分析的基础上设计

5、相关算法，然后搭建双目系统与投影系统的硬件平台。在这个平台基础上，完成双目图像的标定、校正、匹配，有效测量区域的提取、结构光的解码，视差图的生成和优化，三维点云的生成和优化等软件设计与实验。通过在实验环境下对该系统进行了三维重建实验，实现了对被测物体表面三维点云的生成，验证了有效性。该系统在降低系统复杂度和提高测量精度上具有明显的优势。关键词：立体视觉；结构光编码；三维重建；三维扫描；格雷码；相移码I北京理工大学硕士学位论文AbstractComputervisiontechnologyisawarmresearcht

6、opicinmoderntimes,threedimensionalreconstructionisasignificantbranchofthistechnology.Itconcernssomeimageprocessingandvisionprocessingknowledgeandiswidelyappliedonindustrialautomation、reverseengineering,preservationofculturerelics,virtualreality,augumentedreality

7、androboticapplication.Lowcost,highprecision,fastacquiring,flexibilityarerequiredforthistechnology,somefocusanddifficultylieonthis.Thisthesisdesignathreedimensionalreconstructionsystemcombinedstereovisionandstructurelighttechnology.Wedeeplyanalysisalltheprinciple

8、andalgorithmwithinthesetwotechnologies.Thisthesisfirstshowtheprincipleofcameraimaging、binocularandmonocularsystem’scalibrationtheoryexperiments、principleandactualizat