基于结构光法三维成像的研究

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基于结构光法三维成像是一种非接触性快速获取三维物体轮廓的检测方法。用普通白光将矩形光栅或者正弦光栅投影于被测物体表面上,由于物体外形凹凸等几何形状变化而在物体表面产生畸变条纹,这些畸变条纹就包含了物体表面形状的三维信息,由CCD摄像头摄取这些畸变条纹信息,对这些图像进行相应的处理,得到有关条纹中心线的二维信息,然后再根据相应的数学转换模型和重构算法对物体的轮廓进行重构,就可以得到被测物体表面的三维外形数据信息。 本论文对基于结构光法三维成像技术进行了初步的研究,主要完成了以下工作: 首先,阐述了结构光法三维成像原理,然后在世界坐标系中,基于光学三角原理建立了该方法的数学模型,详细论述了三维坐标同二维坐标之间的坐标转换关系。 其次,在结构光方法的基本原理和数学模型的基础上,建立了一套三维物体重构的信息获取系统,重点论述了该系统的构成、参数设置和摄像机标定,由该系统可以获取物体表面的信息和摄像机的内外参数。 再次,论述了三维成像的软件设计,根据图像处理算法,对系统所获取的信息进行图像信息的滤波、二值化和细化讨论了由细化图像、编码图像、摄像机的内外参数及系统的参数获得物体三维坐标的实现过程。 最后,对系统误差的产生原因及相应的解决办法进行了研究和探讨,重点分析了光学系统和软件处理两方面引起的误差。并结合实际成像过程中的经验,提出了相应的改进措施。 本论文完成了用结构光方法实现的物体三维成像的研究中的基础性工作,论文所做的理论分析、系统搭建、误差分析和实验为今后的物体三维重构技术的进一步深入研究提供了有益的帮助和借鉴。
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