【摘 要】
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光栅投影三维测量技术通过相位分布来描述投射光栅场的空间分布,具有信息量大、单次全场测量、测量精度高、测量速度快、非接触测量等众多特点。目前广泛应用于工业检测、文物保护、医疗建模、虚拟现实、逆向设计等领域行业。在这些领域行业中不乏存在针对运动物体进行三维形貌测量需求,目前针对动态三维测量的使用设备、开发成本昂贵,限制了该技术的推广使用。对此本文重点研究了一种以低成本开发的基于彩色光栅投影动态三维形貌
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光栅投影三维测量技术通过相位分布来描述投射光栅场的空间分布,具有信息量大、单次全场测量、测量精度高、测量速度快、非接触测量等众多特点。目前广泛应用于工业检测、文物保护、医疗建模、虚拟现实、逆向设计等领域行业。在这些领域行业中不乏存在针对运动物体进行三维形貌测量需求,目前针对动态三维测量的使用设备、开发成本昂贵,限制了该技术的推广使用。对此本文重点研究了一种以低成本开发的基于彩色光栅投影动态三维形貌测量技术,主要研究内容包括:（1）针对测量系统存在的相位分布提取误差,分析了相位分布误差产生的来源,建立误差理论模型。将其划分为光强非线性响应误差与光栅周期、形状畸变误差两大类,提出多区域γ值非线性校正技术与半轴式特征提取光栅畸变自校正技术,可有效消除全场非线性误差水波纹现象与周期延拓误差造成的曲面畸变现象。经过校正后,测量误差标准差从校正前的3.560降低到校正后的0.102,约为34倍。（2）对彩色光栅的编码及相位分布提取展开了进一步研究,提出两种基于不同色彩模型（RGB模型与HSI模型）的解决方法。经设计实验分析,以传统思路设计的RGB单通道非线性校正法校正效果有限,相位重建效果较差。而基于HSI颜色模型提出的Hue-phase映射校正法,无需对RGB通道串扰进行校正,将相机捕获的RGB图片转换至HSI模型,根据其色调（Hue）的单调性以及与折叠相位相似特性可将其当作相位进行处理,与理想相位相互映射,建立查询表进行相位补偿校正。经实验验证,三维重建效果接近相移法。同时以四步相移法提取相位为基准,与基于单帧灰度光栅重建的傅里叶变换轮廓术进行相位提取对比实验,其提取相位均方根误差0.0512比傅里叶变换轮廓术的均方根误差0.0986降低约2倍。（3）研究开发了由投影仪、相机、滑动导轨、计算机等组成的基于彩色光栅投影的动态三维形貌测量系统及系统配套软件。利用Visual Studio 2017集成开发环境开发了重建系统配套软件。在系统标定后,对运动工件勺子进行动态三维测量。提出一种彩色光栅掩膜提取法,去除背景点与瑕疵点,减少相位计算时间,提高相位重建效率与质量。实现了相位提取并完成三维重建,其精度达到预期效果。
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