投影栅相位法在三维形貌测量上的研究与应用

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1、南京航空航天大学硕士学位论文投影栅相位法在三维形貌测量上的研究与应用姓名：席崚申请学位级别：硕士专业：测试计量技术与仪器指导教师：丁万山20090101南京航空航天大学硕士学位论文摘要三维轮廓重构技术广泛应用于逆向工程、机器视觉，在线检测、模具设计、医疗诊断等领域。其中，采用光学方法的非接触主动式三维轮廓重构技术随着计算机、光电器件的迅速发展受到人们普遍重视。现存的重构系统大致可分为基于光学三角法，激光干涉法，时间飞行法，投影光栅法等。投影光栅法因其测量精度高，速度快，对环境要求低等优点成为近年来研究的热点。本文对基于投影光栅法的物体三维轮廓重构技术的几个热点问题

2、进行了研究，论文的工作主要包括以下几个方面:首先，阐述了基于光栅投影法的物体三维轮廓重构技术的基本原理。该技术以交叉光轴投影系统为基础，利用计算机控制投影仪把结构光栅投影到物体表面，由数码相机获取变形的光栅条纹图像，从变形的条纹图像中解调出相位信息。本文介绍了相移法等三种相位解调方法的原理并分析了三种方法存在的问题。其次，介绍了几种改进的光栅投影技术。由上述相位解调方法提取的相位信息折叠在[-π,π]之间，需要进行相位展开运算。但是由于遮挡、噪声等不利因素会导致相位的非正常跳变，从而不能正确地实现相位展开。本文提出了虚拟光栅法中的复合光栅，不仅能较准确地解相，而且

3、能解决突变的形变，得到正确的相位，从而得到物体的三维图像。再次，通过CCD摄像机采集图像，经控制软件进行图像预处理，然后对系统进行标定，获得物体三维轮廓高度信息的重要参数。图像采集和处理中，利用VC++6.0进行软件设计，完成图像采集、位图转换、阈值变换等功能，采用MATLABR2007b进行系统标定算法和解相位的研究。本文完成了基于光栅投影方法的三维轮廓重构的基础性研究。论文所做的理论分析、系统搭建、计算机仿真和实验为今后的三维轮廓重构方面的进一步研究提供了有益的帮助和借鉴。关键词：三维轮廓；投影光栅；相位展开I投影栅相位法在三维形貌测量方法研究与应用Abstr

4、actThreedimensionalProfilereconstructions(3DPR)iswidelyappliedindifferentfields，suchasreverseengineering,computervision,on-lineproductinspection,modeldesignandmedicaltreatment.Withtherapiddevelopmentofcomputerandrelateddevices，researcherspaymoreattentiontothe3DPRbasedonopticalmethods,

5、whichbearwithactiveandnon-contactingproperties.Atpresent，thereconstructionsystemscanbedividedintofourcategories,activeopticaltriangulation,laserinterferometry,timeinflightandfringeprojection.ThefringeprojectionisbecomingpopularforitshighPrecision，rapidresponse，lowlimitationsfromtheenv

6、ironment.InthisPaper,3DPRusingfringeprojectionmethodiscarriedout.Themajorcontributionsareasfollows:Firstly,thebasicprincipleofthe3DPRbasedonfringeprojectionisdescribed.Themethodemploysatypicalcrossed-optical-axessystemprojectsstructuredgratingswhicharegeneratedbycomputerontothesurface

7、ofobject,andobtainsthedistortionfringepatternswhichcontaintheobjectphaseinformationoftheondigitalcamera.Threemethods，includingphaseshiftmethods(PSM)whichareusedtodemodulatethephaseinformationfromthedistortionfringepatternarediscussed，Secondly，severalimprovedfringeprojectiontechnologie

8、sarer