【摘 要】
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条纹投影三维测量技术具有非接触,测量速度快、精度高等优点,目前被广泛应用于工业检测、逆向工程和医学等领域,是三维测量领域中的研究热点之一。条纹投影测量系统中一般使用数字投影仪投影正弦条纹,但数字投影仪的体积较大,投影速度有限,并且gamma畸变会随着工作时间变化,无法很好地满足随着工业发展日益增长的对小型化、快速、低成本的三维测量设备的需求。针对上述问题,本课题围绕条纹投影技术,基于三步相移法设计
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条纹投影三维测量技术具有非接触,测量速度快、精度高等优点,目前被广泛应用于工业检测、逆向工程和医学等领域,是三维测量领域中的研究热点之一。条纹投影测量系统中一般使用数字投影仪投影正弦条纹,但数字投影仪的体积较大,投影速度有限,并且gamma畸变会随着工作时间变化,无法很好地满足随着工业发展日益增长的对小型化、快速、低成本的三维测量设备的需求。针对上述问题,本课题围绕条纹投影技术,基于三步相移法设计搭建了使用LED列光源和光栅投影相移条纹的三维测量系统。本论文首先根据条纹相移的产生原理确定了系统中各部分的参数,接着分析了因系统参数误差产生的相移误差,讨论了系统参数对系统测量范围的影响。随后对系统硬件进行了设计选型,搭建了测量系统,并通过条纹投影实验证实了系统产生三步相移条纹的可行性。为降低因投影条纹相移不均匀产生的计算误差,研究使用了基于迭代思想的相位求解算法。针对相位解包裹过程中阴影区域的误差传递现象,提出了结合二值化掩膜与线扫描法的相位解包裹方法,并通过与几种传统解包裹方法的结果对比证明了这种方法能够减轻阴影区域的影响。最后分析了系统参数与测量误差的关系,并对几种不同形状的物体进行了测量与重建实验。实验结果表明,在130mm的参考位置,使用周期0.05mm的Ronchi光栅测量时,系统的测量误差小于0.05mm;使用周期4mm的面积调制光栅测量时,测量误差最大为0.121mm。
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