基于截断相位标定的快速三维测量技术研究

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三维测量技术作为获取真实世界下物体的三维数据信息的重要技术方法之一,逐渐成为机器视觉领域的研究热点。三维测量技术能够实现智能化、高精度化测量并提供准确的数字三维数据,被应用在许多领域如装备制造、国防科研、民用航空、虚拟现实等。其中,光学非接触式三维测量技术因其不需要与被测物体直接接触,且测量精度高、测量速度快等优点,成为目前十分流行的三维测量技术。本文从三维测量技术的标定环节入手,针对标定后进行三维测量时需要对截断相位解包裹而出现解算错误、效率低下等问题,提出一种基于截断相位进行标定的三维测量技术,对基于截断相位的标定原理、标定算法步骤以及标定精度和标定结果等进行了研究,并以单相机和单投影仪的单目结构光三维测量系统为验证系统进行标定实验和测量实验,验证所提算法的可行性和有效性。论文主要内容有以下几个部分:(1)研究了三维测量技术以及三维测量技术标定的研究现状;(2)研究了三维测量的成像模型、截断相位的计算方法以及三维测量标定的相关原理;(3)研究了基于截断相位的三维测量标定方法,首先梳理了该标定算法的标定流程,其次针对标定的两大步骤流程进行标定,最终建立起截断相位与三维坐标间的对应关系模型,并针对标定时截断相位的计算误差和标定结果的精度进行了讨论和分析,并与张氏标定法的标定结果进行对比分析;(4)搭建单目结构光三维测量系统,对本文所提标定方法进行标定实验和测量实验,根据标定所需软件功能需求,基于Qt程序框架进行开发以实现标定过程智能化、可视化,并对标定所建关系模型进行可视分析,利用标定完成的单目结构光三维测量系统对标准物体(陶晶平面、圆台)和复杂物体(航空发动机涡轮叶片、压气机叶片以及石膏人像模型)进行测量,并进行相关快速测量实验,验证了标定方法的有效性以及基于该方法标定的三维测量的快速性。
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