【摘 要】
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结构光三维重建技术具有高精度、高效率、低成本、非接触式等优点,被广泛应用于工业检测、文物重建、逆向工程等领域。相位计算分为包裹相位计算和相位展开,是相位测量轮廓术的关键步骤,也是影响结构光系统速度和精度的重要环节。为了提升相位展开算法的效率和包裹相位的质量,本文以解相方法和系统的非线性响应为切入点,深入研究加权最小二乘的空间相位展开方法和系统的非线性相位误差校正方法,提出了基于方向图变换的加权最小
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结构光三维重建技术具有高精度、高效率、低成本、非接触式等优点,被广泛应用于工业检测、文物重建、逆向工程等领域。相位计算分为包裹相位计算和相位展开,是相位测量轮廓术的关键步骤,也是影响结构光系统速度和精度的重要环节。为了提升相位展开算法的效率和包裹相位的质量,本文以解相方法和系统的非线性响应为切入点,深入研究加权最小二乘的空间相位展开方法和系统的非线性相位误差校正方法,提出了基于方向图变换的加权最小二乘展开算法和基于相移键控的非线性相位补偿算法。主要内容和成果如下:1.本文首先研究了时间相位展开和空间相位展开两类方法,将速度更快的空间相位展开法作为系统的相位展开方法;其次通过分析加权最小二乘相位展开原理和不连续相位的方向特性,提出方向图变换法来计算包裹相位的权重图。该算法利用包裹相位图的结构张量信息精确地检测出相位不连续的位置,能够有效减少包裹相位不连续所引入的相位展开误差。2.结构光系统的非线性是相位计算过程中的主要误差来源。本文研究结构光系统的非线性响应模型,分析伽马畸变产生的原因;以提高包裹相位质量为目标,引入通信中的数字信号调制原理,提出基于相移键控的伽马非线性补偿算法。该算法通过研究受到系统干扰的正弦条纹傅里叶级数表达式,证明了正弦和余弦条纹的二次谐波符号相反。利用该特性,本文将投射特定的编码图案,以减小二次谐波的影响,最后得到精确的包裹相位。3.基于以上的研究,搭建了一个单结构光系统,利用Qt图形用户界面应用程序开发框架、开源计算机视觉库和开源点云库对软件系统进行了开发和设计。针对所提算法,开展了物体的三维形貌重建实验。实验结果证明系统的实用性和有效性。
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