【摘 要】
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基于结构光的视觉三维重建可以高效准确地获取被测对象的空间三维信息,被广泛应用在工业检测、文物保护、3D打印、VR、数字化医疗、生物数字化识别等领域。当前最常见的结构光测量系统分为单目系统与多目系统,单目结构光三维测量系统与双目相比,其造价成本较低、测量范围较大的优点,但测量精度其受环境光的干扰较大,因此如何提高三维成像的抗干扰性能的同时提高测量精度与效率越发重要。针对上述问题,本文对结构光编解码技
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基于结构光的视觉三维重建可以高效准确地获取被测对象的空间三维信息,被广泛应用在工业检测、文物保护、3D打印、VR、数字化医疗、生物数字化识别等领域。当前最常见的结构光测量系统分为单目系统与多目系统,单目结构光三维测量系统与双目相比,其造价成本较低、测量范围较大的优点,但测量精度其受环境光的干扰较大,因此如何提高三维成像的抗干扰性能的同时提高测量精度与效率越发重要。针对上述问题,本文对结构光编解码技术、系统的标定、点云计算及模型重建进行了深入研究,主要内容与创新包括:（1）本文完成了对单目三维重建系统的系统参数的标定。针对现有的系统标定的精度不高或是人为操作过多的问题,本文采用基于单应性矩阵的相移标定法,采用本文的高频相移结构光进行标定,提高了像素对应的正确率,较好地完成了系统的高精度标定。（2）针对环境光对结构光重建精度的干扰,本文提出了一种改进高频相移编解码方法,设计了使用高频正弦编码结构光合成低频相移正弦结构光的编解码方式。本文提出的方法能够有效地减少环境光对结构光编解码的干扰,为结构光的正确解码提供可靠保障。本文提出的结构光编解码通过投影高频结构光获取较为准确的投射灰度信息,再利用多频条纹法计算出相应合成的结构光的绝对相位,完成结构光的精准解码同时减少了投影的图案数量,有效地降低了系统计算成本。（3）针对投影仪与相机构成的系统存在非线性畸变对结构光解码造成误匹配的影响,本文提出一种基于主动投射相位的建模补偿法,采用多项式建模的方式建立了系统非线性畸变的模型,确定了系统Gamma效应曲线,并获取了其反函数。采用该方法,最终完成了对系统的非线性校正,降低了码字的误匹配率。接着,本文介绍了点云计算方法并对其进行优化,完成了滤波、拼接等处理,生成高精度点云数据,采用Delaunay三角网格化,生成被测对象的连续表面模型。（4）最后,本文设计并搭建了一套基于单目结构光的高精度三维重建的软硬件系统,降低了3D重建操作的复杂度,提高了系统的实用性,利用该系统进行3D重建,其精度达到了0.0489mm。通过三维重建对比实验表明,本文提出的改进高频相移法具有良好的结构光的编解码性能,在本文搭建的重建系统中能够完成多种不同复杂程度的表面高精度重建,具有很好的实用性与应用前景。
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