基于结构光数字投影的精密三维测量系统与技术研究

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随着近年来3D技术的发展,三维重构一直是图像处理的热点研究方向。在三维测量应用中,相移条纹投影法具有系统简单、高效等优点,是常用的三维测量方法。本文通过研读大量文献和对目前工业应用的考察,验证多种软件系统的可行性,最终设计出非接触式、高精度自动化的、基于结构光的三维测量重构系统。首先,对相位相移条纹的产生,进行了基础理论方面的详细阐述,并对常用的条纹产生算法进行了原理阐述和性能评比。论述了相位的解包裹算法理论和分类,同时对DLP数字投影仪的种类和特点进行了介绍,再根据研发项目目的,针对系统的各个硬件器件:相机、数字投影仪、镜头、稳定平台等做了最优选择和改装,最终通过反复实验对系统进行了定型。软件方面,首先详细介绍了市面上常见的、主要的三维测量软件的相关参数和使用范围,并对主要的三维图像处理软件进行了介绍,通过调查市场得出自行设计系统自动化软件的必要性。实验阶段利用MATLAB自行设计总体软件结构流程,并优化了相位解包裹算法结构和流程,通过对原理的详细说明和理解,重构出三维高度图。  本论文根据以上理论基础,在整体软件设计方面以工业化使用为出发点,利用人民币的凹印油墨高度作为测量目标,通过本论文设计的系统得出带有高度信息的相位图像数据。通过NON-K解包裹算法得到连续相位信息。根据几何光学基本原理结构解出实际油墨高度。并在最后对数据的理论值和实际测量值进行了误差分析,最终得出本系统的精度,确定了系统的应用范围。最后本文对系统的整体进行了总结,并对后期工作的展望和计划进行了简述。
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