基于十字结构光的三维重建及精度分析

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士专业学位论文ProfessionalMaster’sThesis中文论文题目:基于十字结构光的三维重建及精度分析A3DReconstructionMethodBasedOnCross英文论文题目：StructuredLightAndAccuracyAnalysis专业学位类别：全日制专业学位专业学位领域：机械工程领域作者姓名：吴珊珊指导教师：武传宇教授递交日期：2015年12月25日浙江理工大学硕士学位论文基于十字结构光的三维重建及精度分析摘要线结构光检测技术是测量物体几何参数，

2、实现三维重建最普遍的方法之一。因其具有非接触、大量程、速度快、精度高、算法稳定、结构简单等特点，在工业检测中得到了广泛的应用。目前普遍采用一字结构光作为投射源，针对一字结构光在三维重建中可能存在的信息不完整问题，本文采用十字结构光对物体表面实现三维重建，实验结果表明采用十字结构光可有效避免信息丢失的情况。本文主要研究内容和成果包括：1)构建了基于十字结构光的三维重建系统框架。十字结构光的特点主要在于激光源投射出来的是两个互相垂直的激光平面，因此相对于一字结构光，其能获得更丰富的信息。本文基于十字结构光构建了三维重建系统的整体框架，并分析了各个

3、模块的工作原理。2)改进了一种基于激光交线的十字结构光平面标定方法。十字激光投射器产生的两个激光平面源于同一个光源，通过特殊分光镜使得两个光平面近似垂直，针对此特点，本文把激光投射器产生的激光平面拆分为两个独立的激光平面进行标定。因此在进行激光平面标定之前，需采用随机算法对激光光条进行识别并分类。本文改进后的激光平面参数标定方法结合了直线拟合与平面拟合等基本算法，简单方便，但又不失精度，适合现场标定。3)提出了一种基于十字结构光的光条中心提取及分类算法。本文比较了多种传统的光条中心提取方法，最后结合快速细化算法、Hessian矩阵法和灰度重心

4、法成功提取了光条中心的亚像素级坐标，并可实现快速分类，将提取的中心点准确归属至各自的光平面下。本文所提算法在提高精度的同时提高了检测效率。4)搭建了整套系统的实验平台。根据构建的三维重建系统框架图，本文搭建了相应的实验平台，其主要包括硬件设备及软件开发两个部分。可调用计算机控制软件对硬件设备实时控制，软件部分可有效实现图像采集、图像处理及三维重建功能。5)重建精度的分析。通过对标准圆柱体的拟合数据分析了重建误差，对鞋楦的扫描实验充分验证采用本文方法可有效实现对自由曲面的三维重建，并论证采用十字结构光相对于一字结构光所具有的优势，进而表明本文所

5、提方法的实用性。关键词：十字结构光；三维重建；标定；光条中心提取；误差分析I浙江理工大学硕士学位论文基于十字结构光的三维重建及精度分析AbstractThe3Dmeasurementwithstructuredlightisoneofthemostcommonlymethodtomeasurethegeometricparametersandtoreconstructsurfacesofobjects.Ithassuchadvantagesasnon-contract,largemeasurementrange,fastspeedandhig

6、hprecision,etc.Now,itiswidelyusedinindustrialinspectionSinglestructuredlight(SSL)iswidelyusedin3Dmeasurement.Therearesomedisadvantagesinthe3DreconstructionusingSSL,suchasincompletereconstructedinformation.Toovercomeorimprovetheseproblems,3Dreconstructionbasedoncrossstructur

7、edlight(CSL)isstudiedinthispaper.TheresultsshowthatCSLsystemcanrecovermorecompletecontourandprovidemoreinformationofthemeasuredsurfacethanSSLsystem.Mainresearchcontentsandresultsareincluded:1)Constructionmodelof3DreconstructionsystemwithCSL.ThemainlyfeatureofCSListhatthelas

8、erplanesnearlyvertical,sothatCSLcangetmoreinformationthanSSL.Modelofthewholesystem