基于结构光的大尺寸工件三维测量研究

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1、工程硕士学位论文基于结构光的大尺寸工件三维测量研究作者姓名万仁全工程领域机械工程校内指导教师刘亚俊副教授校外指导教师王中任教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年1月Researchon3DMeasurmentofLarge-scaleWorkpieceBasedonStructuredLightADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:WanRenquanSupervisor:Asso.Prof.LiuYajunSouthChinaUnivers

2、ityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP391学校代号：10561学号：201321002340华南理工大学硕士学位论文基于结构光的大尺寸工件三维测量研究作者姓名：万仁全指导教师姓名、职称：刘亚俊副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：机械工程论文形式：□产品研发□工程设计☑应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：机器视觉论文提交日期：2016年1月6日论文答辩日期：2016年3月15日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：徐旋波委员：李伟光赵学智刘亚俊

3、刘其洪—處ｆＴ３巧下、送＾４ｆ学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加臥标注引巧的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。本人完全意识到本声明的，均已在文中站明确方式标明法律后果由本人承担。日期＾／曰作者签名；＞知＞月：女么学位论文版较使用授较书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在蛟攻读学位期间论文工作的知识

4、产权单位屬华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或骄构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（陈在保密期内的保密论文外）；学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论，可允许采用影印一致文。。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相本学位论文属于：□保密年解密后适用本授权书。，在口＾保密，同意在校園网上发布，供校内师生和与学校有共享协（光盘版）电子杂议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学

5、位论文的全部或部分内容。＂＂（请在［＾上相应方框内打Ｖ）作者签宰；為餐曰期：；、ｌ睾＂ｊ指导教师签名：＾巧曰期；作者联＾联系电话；电子邮箱：系地址（含邮编）；摘要随着现代工业的发展，许多具有十分复杂曲面形貌的大尺寸零部件需要三维实体数字化测量，在生产过程实现高效、实时、准确的三维测量是现代制造业必须解决的难题。结构光三维测量技术是一种基于主动视觉的非接触三维测量方法，具有高精度、大量程、易扩展、强适应性等特点，在文物保护、工业自动化、逆向工程等领域得到广泛的应用，已成为非接触三维测量中最

6、具有发展前景的技术。本文围绕着实现大尺寸复杂形貌工件三维点云数据的自动获取和三维尺寸测量，重点研究分析了编码结构光三维测量中系统标定、条纹图像处理、编码和解码算法、多视角点云处理与拼接等关键技术，并在这些研究的基础上实现了整个大尺寸工件三维测量系统的硬件和软件。本文首先对光学三维测量方法做了简要介绍，并阐述了结构光法三维测量的分类及其应用；在分析研究结构光三维测量模型的基础上，推导出了被测对象三维坐标的计算公式。重点研究了摄像机和投影仪的标定技术，分析比较了现有的各种标定算法，设计了合理的标定方案，利用空间自由变换平面靶

7、标姿态的方法实现了摄像机的非线性标定；针对传统投影仪标定算法存在精度不高的问题，实现了基于局部单应矩阵的投影仪标定算法，得出了投影仪的内、外参数矩阵和畸变系数。讨论了基于数字投影仪的各种编码方法，分析比较后采用正反格雷编码作为本文的结构光编码策略，实现了一种基于图像直射光分量和全局光分量的无效区域提取算法，利用交点法得到了格雷码值。将解码的信息同摄像机与投影仪的标定参数相结合，即可计算得到被测对象表面的三维点云，研究了多视角三维点云的降噪、稀疏化等预处理方法，提出了一种基于平面标定板姿态的转轴直线方程求解方法。最后根据算

8、法需求设计了一套基于运动控制卡的两轴运动平台，对测量系统需要的硬件进行了选型，采用旋转平台实现了测量对象多视角点云的自动获取，并用本测量系统进行了三维测量实验，结果表明本文设计的测量系统可以较好地获取大尺寸工件的三维点云和关键尺寸信息。关键词：三维测量；结构光；正反格雷编码；边缘检测；系统标定IAbstractWit