摘要：近年来,基于远心成像的光学检测技术已经广泛应用于机械制造、电子、材料等精密测量行业。而利用光栅条纹投...近年来,基于远心成像的光学检测技术已经广泛应用于机械制造、电子、材料等精密测量行业。而利用光栅条纹投影来获取物体表面形貌特征的方法,也已成为主动式光学测量中的热门研究领域。结合远心成像与光栅条纹投影技术的特点,本文主要研究基于单幅光栅投影的远心三维形貌测量技术,目的是用单幅变形条纹图能快速地恢复物体三维形貌。同时,为实现更大深度范围的测量,对双侧远心成像景深、系统景深误差以及超景深误差分析等做了相关的研究。论文主要的研究内容如下:介绍双侧远心光路的特性以及远心成像模型,搭建基于单幅光栅投影的远心三维测量系统,简化S变换解相技术并结合包裹相位消除方法完成相位-高度标定实验,对标准量块测量其高度,其相对误差为0.40%。XY平面内标定得到标定板的相邻两圆心距的标准差为1μm。为实现快速的三维测量,实现了补零频移法(Zero Padding Frequency Shift,ZPFS),来消除包裹相位。该方法核心思想在于对包裹相位复数数组两端补零,并运用二维离散傅里叶变换对的频移特性进行求解。通过实验证明在2π跳变以内该方法可以完全消除包裹,而对比的技术仍有包裹相位剩余。最后,结合XY平面内标定完成待测物体的三维形貌恢复。详细推导了双侧远心成像系统的景深理论公式,计算本套系统下的景深并确定景深范围。对XYZ方向上的景深测量误差以及超景深测量误差进行分析,分析表明在所测量范围内XY平面内测量的标准差基本都在3μm,对误差较大的Z方向进行深度误差补偿,补偿后Z方向上最大标准差降低到6μm。更多还原显示全部
摘要：三维测量技术已经得到了广泛的应用,包括工业零件检测、VR电影制作、三维地图导航、文物还原等。现有的三维...三维测量技术已经得到了广泛的应用,包括工业零件检测、VR电影制作、三维地图导航、文物还原等。现有的三维测量方法中,其中结构光测量法以大视场、高精度、编码图案可控、实时性好等优点得到了重点的关注与研究。随着智能制造的发展以及工业自动化的普及,智能设备的生产已经朝着高速度、高精度、高便携性、低功耗等方向发展,故现有的三维测量解决方案大部分已经采用嵌入式平台来适用各种复杂的工业场合。为了满足实际工业在线三维测量中高效率、高精度、低功耗、高自动化的需求,文中提出了一种结合二值时域编码和正弦空域编码的方法,以减少投影编码图案,实现快速绝对相位求解,并基于此方法搭建了基于AM572x多核平台的嵌入式三维测量系统,主要的研究内容和取得的成果包含以下几个方面:1.分析现有结构光编码策略,针对现有时间编码策略和空间编码策略中,高分辨率、高精度和高实时性之间的矛盾,提出了一种基于二值编码与正弦编码相结合的混合编码方法。编码部分,为减少灰度跳变引起的编码误差,对标识编码区和正弦编码区进行了优化设计,在正弦编码区平滑过渡的约束下使得相邻标识区边界最小;解码部分,提出一种新的滤波策略,利用时域二值标识区分离出编码区中各周期正弦条纹,并对其进行滤波,提高了滤波速度;将标识向量编码做降维映射,对条纹相位进行线性展开,消除了累计误差,得到连续相位以避免极线约束方程的计算,提高后期匹配效率;讨论并验证了本编码法的可变频特性,在不改变编码图案分辨率与编码图数量的前提下,通过提高正弦的频率,可提高系统测量精度。2.设计基于AM572x平台的嵌入式三维软件系统。针对AM752x平台的IPC双核通讯机制,在ARM端和DSP端完成了通讯框架程序的开发。利用ARM对外设灵活操控和DSP高速计算的优势,将三维测量系统中的相机采集、内存控制、文件读取等工作放入了ARM程序中,复合编码法解码以及双目立体匹配等计算量大的部分编写在DSP程序中。同时,使用QT中的OPENGL ES 2.0图形接口实现了点云数据在LCD触摸屏的显示,增加了系统的完备性。3.搭建了基于AM572x平台的嵌入式三维系统,并对实际物体进行了三维重建,实验结果验证了本文提出的编解码策略和嵌入式系统的可行性。更多还原显示全部
