三维形貌恢复的研究是国内外研究的热点。本文致力于研究一种能够应用于工业在线测量领域的三维形貌测量方法,该方法能够快速准确,并以最低成本实现对工件的三维形貌检测,从而更全面的保证工件的合格性。 本文所研究的三维形貌恢复方式,只需要根据单幅实时采集图像就可得到物体 0o～180o范围的三维尺寸。研究过程中对已有的 SFS(Shape from Shading)算法进行了广泛的调研,汲取了已有研究算法的优势,设计出的基于单幅图像进行三维形貌恢复方法,更为简单实用,并且大大提高了三维运算的速度。硬件只需要配置光源及摄像系统,工作方式利用简单的透镜成像原理。本研究的核心思想是根据二维图像中留下的 3D 线索——灰度信息,在光源坐标系计算与每个像素点对应的表面法矢信息,通过坐标旋转到图像坐标系中,得到与物体相关三维尺寸。本论文选用了多种实验对象,对算法进行可行性验证,并首次对三维恢复精度进行深入分析。为了对三维恢复结果进行更为全面的精度分析,本文首次提出并使用了“全面像素不确定度评价方式”及“全面像素球度不确定度评价方式”。采用“全面像素不确定度评价方式”对人造标准物进行了多角度的精度评价;采用“全面像素球度不确定度方式”对圆球工件,按照最小二乘等评价原则进行了球度评价,并将评价结果与高精度圆度仪的测量结果进行比对。本文在实验数据中找到了影响三维恢复精度的因素,如景深,光源稳定性等,并对测量范围和分辨率进行了详细分析,给出了精度提高的途径和方式。 本文介绍了所研究的三维恢复方法在不同领域的应用。其中,在三维缺陷检测领域的应用为产品质量的评价提供了更全面更准确的评价方式,对于提高产品质量有重要的意义。本文也通过数据给出了在其他领域的应用,如军事中的目标定位,化学实验产生的气泡分析,根据历史照片进行古文物的恢复和重现,模型制造及快速原型领域,可应用于游戏影视业的生活物品三维化,文字的立体识别,及一些人不能及的特殊领域。本方法还可作为其他三维方法的辅助分析法,应用在牙齿整型等领域,帮助进行局部地方的三维信息分析。 通过本文的分析,可以确定本文所研究的基于单幅图像进行三维形貌恢复方法确实是一种新颖的,有效的,简单的,且适用性广泛的研究方法。随着光源稳定性、摄像机分辨率的继续改进和提高,本研究的三维恢复精度会得到更进一步的提高,具有广泛的应用前景。