基于相位编码条纹加相移的三维测量方法研究

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1、学校代码：10406分类号：TP391.4学号：130085202009南昌航空大学硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文（学位研究生）基基于相位编码条纹加相移的三维测量于相位编码条纹加相移的三维测量方法研究硕士研究生：李彪导师：伏燕军教授申请学位级别：硕士学科、专业：光学工程所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：南昌航空大学3Dmeasurementmethodresearchbasedonthephasecodingfringeandphase-shiftADissertati

2、onSubmittedfortheDegreeofMasterOnOpticalEngineeringbyBiaoLiUndertheSupervisionofProf.YanjunFuSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2016南昌航空大学硕士论文摘要摘要三维测量技术是一项依托计算机视觉，融合信息光学、机械控制、电路系统的新型测量技术，具有非接触、精度高、实时性好、适应性强、

3、信息量丰富等优势。随着相关硬件、软件性能的飞速进步和成本不断降低，三维测量技术的优势逐渐得到充分发挥，在生活、生产、科研、军事等各个方面已经得到了广泛的应用。基于条纹投影轮廓术的三维测量方法是三维测量技术中最常用、最有效的方法之一。然而，其测量速度和测量精度依然是需要进行重点探讨、研究的问题。相较于格雷加相移的三维测量方法，格雷码是一种基于强度的编码方式，其对环境光、相机噪声、测量对象表面的反射率等较敏感，从而影响测量对象三维重建的效果；而条纹中的相位对以上提及的干扰因素影响少，鲁棒性强。因此，基于相位的编

4、码方式的相位编码条纹，免疫性好，在相位解包时能准确得到条纹级次，可以测量不同表面反射率的物体。本学位论文针对基于相位编码条纹加相移的三维测量方法实现快速、高分辨率的关键问题展开研究。本文的主要研究内容和工作如下：1.改进了基于灰度相位编码条纹周期校正的三维测量方法。条纹投影轮廓术大多都采用投影仪倾斜的相交轴测量系统，参考平面上的光栅条纹周期会出现展宽的现象，由CCD相机垂直记录下这些周期非均匀的光栅条纹，在三维重建后，其测量精度将会明显降低。研究了条纹周期展宽的规律，生成周期非均匀的正弦条纹，提出根据非均匀

5、正弦条纹，反求得到与之对应的周期非均匀相位编码条纹，作为投射条纹。实验结果表明，投射周期非均匀的正弦条纹和相位编码条纹，能实现精确相位解包，降低相位误差，从而提高测量精度。2.改进了基于彩色相位编码条纹结合相移的三维测量方法。基于单一通道的灰度条纹测量技术已难以满足现今快速、高精度地测量物体三维面形这种发展趋势。因此，研究了使用相位条纹嵌入三个通道中，形成彩色条纹，通过增加通道的数量，减少投影条纹的幅数，从而提高测量速度。然而，使用彩色条纹各通道间必然存在着串扰，同时，测量精度也受到系统非线性效应的影响。使

6、用软件算法将校正通道的串扰、三色强度失衡及系统非线性，来降低测量误差。采用新的条纹级次校正方法，降低解包裹出错率。实验结果表明，彩色相位编码结合相移的三维测量方法能够提高整体测量速度，测量精度也有所提升。关键字：三维测量，相位编码条纹，相移法，快速，高精度I南昌航空大学硕士论文AbstractAbstractThree-dimensionalmeasurementisanew-typemeasurementtechnologywhichdependsonacomputervision,information

7、optics,mechanicalcontrolandelectricalsystems.Ithastheadvantagesofnon-contact,highprecision,realtime,adaptability,moreinformationandsoon.Withtherapidadvancementandlowcostofrelatedhardwareandsoftwareperformance,theadvantagesofthree-dimensionalmeasurementtech

8、nologygraduallygetintofullplay.Ithasthewideapplicationinallaspects,especiallyinlife,production,scientificresearchandmilitary.Three-dimensionalmeasurementtechnologybasedonfringeprojectionprofilometryisoneofthe