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随着计算机、光学和光电子技术的发展,传统计量方法发生了很大的变化,新的三维测量方法不断涌现。光学三维测量技术因具有高精度、高效率和非接触的特点,成为当前发展极为迅速的一个领域。目前该技术主要针对于漫反射物体的测量,对在实际中大量存在的类镜面反射物体的测量技术还不成熟。在工业检测中,镜面物体的测量只能采用接触式测量或改变其表面反射特性为漫反射后再进行光学测量。前者的测量速度慢效率低,后者则因喷涂步骤破坏了被测物的表面性质。对于镜面反射物体光学三维测量的相关研究和发展,已滞后于需求的增长。在这样的背景下,本文以镜面物体光学三维测量技术为研究目标。
本文从光学三维测量的发展历史和沿革入手,对各种光学三维测量技术进行了概述,对现有的镜面光学三维测量的原理和技术进行了分析和比较,并介绍了条纹投射技术中条纹图像处理的相关技术。在此基础上,确定了适合本文的技术路线和研究内容。
本文依托于国家自然科学基金项目“基于移动漫射结构光源的镜面物体光学三维测量方法研究”展开,对“移动漫射结构光源的镜面物体测量系统”提出了一种新的测量方案,建立了数学模型并对其进行了详细的几何分析,给出了该测量方案的系统参数的标定策略。同时,本文针对系统参数的标定中对图像处理的相关需要,提出了基于Hough变换的交点坐标提取方法,使得实验中对所需交点的坐标定位达到了亚像素级,提高了系统参数l及L的标定精度,减少了直接读取交点对物体面形测量带来的误差。
在上述理论推导的基础上,本文完成了实际测量系统的搭建。选用液晶显示器为条纹投射设备,选用工用CCD摄像机为图像记录设备。独立编制了条纹投射程序,图像采集程序和算法处理程序。实验中,利用方格标定镜获得了系统参数,并分析了系统参数的标定误差。通过对标准样件(平面反射镜)的测量,分离出系统误差,并提出了系统误差的校正方案,分析了实验中造成系统误差的可能原因。之后通过系统误差的补偿,实现了对一化妆镜的测量。对补偿前后的化妆镜测量数据与三坐标测量数据进行了比对,验证了本文测量方案的可行性。
最后,对全文工作进行了总结,并提出了下一步研究工作的设想和建议。