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条纹投射测量技术是目前最常用的光学三维测量方法之一,作为其关键技术之一的系统标定技术的精度和可操作性,是条纹投射测量技术走向实用化的关键。而光学条纹图像的噪声消除一直是光学三维测量技术中的关键环节,滤波方法是否有效直接影响到测量的精度。本文对条纹投射测量系统的标定技术和条纹图像的滤波方法做了深入研究。在此基础上,提出了以下新技术:
(1)条纹投射测量系统标定技术
首先详细推导了任意几何设置的条纹投射测量系统的位相差-深度映射关系公式,这一公式为本文标定方法地提出提供了理论基础。之后提出了相应的标定策略:通过平移实物参考面,测得其上位相分布,选取部分像素点,利用其位移距离与位相增量之间的关系,建立超定非线性方程组,以迭代法求解待定参数的最小二乘解,从而得出位相差与物面深度之间的映射关系。该技术具有原理简单,精度高,内存消耗小,操作灵活方便,运算时间短的特点。
(2)自适应条纹图像滤波方法
本文提出了一种自适应条纹图像空域滤波方法。该方法自动识别条纹图像不同频率区域。针对低频(稀疏)区域采用一种新的基于二次曲面拟合的滤波方法进行去噪;对于高频(密集)区域,则先估计条纹空间频率,再利用该频率重新计算像素灰度的最小二乘逼近值,从而达到滤波的目的。这种算法适用于各种类型光学条纹图像的降噪处理,特别是空间频率变化较大的条纹图的处理。实验及计算机模拟结果都证明了木方法的有效性。最重要的是本方法能够处理传统平均滤波无法应对的高频条纹,对光学三维测量技术精度的提高有着重要的意义。
这两项技术从不同方向为提高光学三维测量技术的测量精度和测量速度提供了可能。实验和计算机模拟表明,本文提出的条纹投射测量系统标定方法和条纹图像滤波方法切实可行。