大型物体数字化采用视觉测量的手段来实现,为获得较高的测量精度,往往需要分块测量,利用三维曲面拼接技术将区域数据进行整合拼接,实现物体整体形貌测量。测量回转体时,因回转体各部分相互遮挡,从任何测量角度都无法实现一次完成整个回转体的三维测量工作。因此,三维曲面拼接技术是实现物体形貌测量的关键技术。本课题组前期工作提出了基于符号M阵列结构光的三维检测方法,实现了二值光源投射下动态场景的检测与三维重建。为了将该三维检测方法应用于三维拼接,本文对三维拼接方法进行研究。同时为满足对不具有明显表面特征、不宜采用自由拼接的物体的测量和拼接,本文提出了一种基于标记约束的三维曲面拼接方法。该方法在检测对象上设置1组标记,通过提取标记,获得标记的图像坐标,进而求解标记的世界坐标,由标记的世界坐标解出变换矩阵,实现两个三维曲面的拼接。本文主要工作包括以下几个方面:(1)改进三维标定和检测方法。为提高前期三维检测方法的精度,本文首先对三维检测方法进行改进。通过对标定数据的正确性进行检查,采用去极值求均值法矫正异常标定数据,解决因标定数据误差造成重建曲面噪声的问题。针对解码符号误匹配现象,提出窗口扩展匹配法,采用3×3窗口,降低因符号误识别破坏窗口唯一性的可能性,有效地解决符号误匹配问题。研究了适合面结构光三维检测重建曲面的平滑方法,根据检测对象表面平缓的特征,过滤曲率较大的尖锐噪声点,解决重建曲面上较大噪声无法平滑的问题,为后续拼接工作奠定基础。(2)标记提取和匹配方法研究。考虑到标记在三维拼接中起决定性作用,为了确保标记被正确识别,研究了通过黄金分割搜索阈值方法对标记图像进行合理的阈值分割,通过扫描标记的白色连通域及其包含的黑色内连通域识别标记,该方法稳定性强。通过与提取出的标记图像坐标邻近的关键点世界坐标,按标记与这些关键点间图像距离比例进行估计标记的世界坐标。标记设置制约着标记匹配和变换矩阵求解,本文从便于标记匹配角度研究标记设置方法,且兼顾变换矩阵求解,使得标记匹配和变换矩阵求解工作变得容易。(3)拼接方法研究。介绍变换矩阵求解过程,通过变换矩阵将待拼接曲面坐标系统一到参考曲面坐标系上。研究了在参考曲面坐标系下提取两个曲面的公共区域方法。并根据公共区域内检测点的世界坐标,提出了评判两个曲面是否配准方法。针对曲面未配准情况,研究了估计两个曲面夹角和位移的方法,通过多次对待拼接曲面旋转和平移,最终实现两曲面近似配准。(4)三维曲面拼接实验。进行曲面拼接实验,并对实验结果及误差进行分析。