高光表面物体的三维测量方法研究

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1、高光表面物体的三维测量方法研究Researchonthree-dimensionalmeasurementmethodforspecularsurface学科专业：仪器仪表工程研究生：邢威指导教师：张福民副教授曲兴华教授天津大学精密仪器与光电子工程学院2017年12月摘要为了解决高光面物体的三维形貌测量问题，搭建了基于数字微镜器件（DMD）的三维测量系统，以实现高光面物体的三维测量。本文提出将数字微镜器件应用到单目视觉测量中，通过DMD的成像原理实现高动态范围成像，去除相机采集图像中的过曝光区域，使得解码过程不再有信息缺失，从而解决解

2、决CCD采集编码图像过曝光的问题。本文的研究以单目视觉测量系统为基础，将DMD的成像原理和单目测量结合起来，建立了DMD相机的高动态范围成像和三维测量的数学模型，结合格雷码的图像匹配方法，获取物体的三维坐标信息。相机标定和投影仪标定都是应用张正友标定算法，获取相机和投影仪的内参数和外参数。然后应用组合格雷码图案作为编码结构光投射到被测物表面，格雷码的编码和解码主要为了完成相机图像和投影仪图像之间点与点的匹配，最终完成被测物表面三维坐标的计算。本文的研究内容如下：1、基于DMD的高光面物体三维形貌测量系统的设计。本文研究了DMD的成像原

3、理，提出应用DMD产生掩膜处理图像中的过饱和区域。调试搭建好的DMD相机，完成高动态范围成像。依据单目视觉测量系统，搭建了新型系统。2、系统的标定。研究了相机的成像模型以及标定的算法，研究了张正友标定的算法。标定过程就是对内部和外部参数的求解过程，由此得到相机或者是投影仪的自身光学参数和几何参数，以及摄像机坐标系与世界坐标系的相对位置关系。3、三维测量的算法研究。在单目视觉测量的基础上，为测量系统建立数学模型。根据格雷码的编码和解码方法，计算机分别产生横向和竖直格雷码图案各九幅，再对应其反码各九幅。系统应用格雷码的方法进行相机图像和投

4、影仪图像之间的点与点匹配，反码的应用能够有效地去除了环境光的影响。选取合适的被测物，进行实验。实验结果证明，该系统对高光面物体的成像具有良好的效果，能够进行高动态范围的三维形貌测量。关键词：数字微镜器件；三维测量；系统标定IABSTRACTInordertosolvetheproblemofthree-dimensionalshapemeasurementofobjectswithpecularsurface,athree-dimensionalmeasurementsystembasedondigitalmicromirrordev

5、ice(DMD)isbuild,anditcanrealizethree-dimensionalshapemeasurementofobjectswithpecularsurface.Thispaperproposesawaytoslovetheproblemofover-saturationareaofcodedimage.Toremovetheover-saturationarea,weaddDMDinmonocularvisionmeasurementandrealizehighdynamicrangeimagingwithdi

6、gitalmicromirrordevice.StudyofthispaperisbasedonmonocularvisionmeasurementsystemcombinedwiththeimagingprincipleofDMDcameraAndbuildopticalmodelofDMDcameraandthree-dimensionalmeasurement.Combinedwiththematchingmethodofgraycode,three-dimensionalcoordinatesisobtained.Camera

7、andprojectorcalibrationareZhengyouZhangcalibrationalgorithmtoobtaininternalparametersandexternalparameters.Inordertocompletethematchingbetweencameraimageandprojectorimage,graycodedesigednascodingstructuredlightisprojectedonthesurface.Finally,thethree-dimensionalcoordina

8、teisobtainedbycalculation.Themaincontentofthispaperisasfollow:1、Thethree-dimensionaltopographymeasurementsyste