基于相位测量轮廓术的三维轮廓测量系统研究.pdf

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1、乘兩扛ｆ硕壬学化论文基于相位测量轮廓术的Ｈ维轮廓测量系统研究专业名觀生物医学工程研究生姓名：刘欣冉导师姓名：夏强、周平本论文获苏州市科技计划项目（ＳＹＧ２０１３１３）资助。ＴＨＲＥＥ＾ＩＭＥＮ别ＯＮＡＬＰＲＯＦＩＬＥＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳＹＳＴＥＭＢＡＳＥＤＯＮＰＨＡＳＥＭＥＡＳＵＲＩＮＧＰＲＯＦＩＬＯＭＥＴＲＹＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏ

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3、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巧成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研充所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明井表示了谢意。研巧生签名乐ｂ．＾：娜若吟日期：＞东南大学学位论女使用授权巧明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电。子文档、，可Ｗ采用影印编印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一。除在保密期内的保密论文外致，允许论文被查阅和借阅

4、，可Ｗ公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）授权东南大学研充生院办理。＇‘‘研究生签名：＞４导师签名：１苗入日期：＞？王ｂ鄉＾１＾摘要一相位测量轮廓术是目前使用最为广泛的、种光学Ｈ维轮廓测量技术，具有测量速度快易自动、柔性好和全场测量的特点、、化，在工业检测、质量控制、逆向工程生物医学虚拟现实、文物保护、人体测量等众多领域中具有广泛的应用。近十年来，相位测量轮廓术不断向着高精度，高稳定性。，高速度的方

5、向发展本文主要研究相位测量轮廓术中与提高系统测量精度相关的关键算法，构。主要研巧内容如Ｔ建Ｈ维轮廓测量系统：一（）１相位计算是相位测量轮廓术的基础研巧内容么，由光栅图像计算得到的相位值可Ｗ较轻易的确定摄像机和投影仪之间对应点匹配关系。本文详细介绍了相移法原理ｔｉｌ及两种相位展开算法，在分析比较各算法优缺点基础之上，选取稳定性较强的多频外差方法作为相位展开算法，并利用极线约束提高对应点匹配运算的精度。实验结果表明多频外差方法能够对表面不连续物体及具有复杂表面反射率，基、纹理的物体进行有效的相

6、位展开于极线约束的对应点匹巧计算可Ｗ重建得到高精度的物体表面轮廊王维坐标。（２）在光学兰维轮廓测量中．投影仪ｇａｍｍａ非线性引起的光栅非正弦化Ｗ及环境光是相位误差的主要来源一。本文分析了光栅非正弦化的过程Ｗ及相位误差产生的原因，提出了个考虑环境光参数的相位误差数学模型。，并分别阐述了黑暗环境条件下和有环境光条件下的相位误差补偿方法理论分析与实验结果表明。，不同环境光情况下．测量得到的相位误差幅度也会发生变化本文提出的相位误差补偿方法可Ｗ有效地消除相位误差。一（３）系统标度算法是光学云维

7、轮廓测量技术的关键算法之。本文介绍了摄像机参数巧定的主要方法，系统分析了摄像机的小孔成像模型Ｗ及其内外部参数的意义。本文利用投影仪ＤＭＤ图像，将投影仪参数巧化力摄像机参数进行标定，并采用双目立体视觉标定方法优化巧部参数抖及标定外部参数。实验结果表明，此标定方法可１（＾获得较高的参数标定精度化及系统测量精度，测量精度达到０．１ｍｍ。（４）在基于立体视觉原理的Ｈ维测量系统中，相机、投影仪和物体的位置可Ｗ任意摆放。这使一感度会产生一。得光栅投影方向与系统基线方向产生了定的角度，对系统敏定的影响

8、本文分别基于Ｈ角测量原理与立体视觉原理理论分析了光栅角度与系统趣感度之间的关系，提出了可Ｗ使得系一。统敏感度最高的光栅角度的计算方法仿真与实际测量表明，存在个光栅角度，使投影光栅的相位变化方向与相机－投影仪基线平行，此时系统敏感度最高。一－本文基于双相机投影仪系统模型研发了套商精度，、高分辨率的Ｈ维轮廓测量系统实现了对、、静止物体人体手部脚部Ｗ及脸部和