条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究

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1、工学博士学位论文条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究哈尔滨理工大学2018年5月-I-国内图书分类号：TH741工学博士学位论文条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究博士研究生：王北一导师：武俊峰申请学位级别：工学博士学科、专业：测试计量技术及仪器所在单位：测控技术与通信工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学-II-ClassifiedIndex:TH741DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONMULTI

2、-FREQUENCYPHASEUNWRAPPINGANDHIGHLIGHTSUPPRESSIONMETHODIN3DMEASUREMENTOFSTRIPE-STUCTURELIGHTCandidate：WangBeiyiSupervisor：Prof.WuJunfengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringTestandMetrologyTechnologySpecialty：andInstrumentDateofOralExamination：June,2018Ha

3、rbinUniversityofScienceandUniversity：Technology-III-哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究》是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学博士学位

4、论文使用授权书《条纹结构光三维测量中多频相位展开与高亮抑制方法研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密□。（请在以上相应方框内打√）作者签名

5、：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要条纹结构光三维测量技术以其高准确度、高效率和非接触的优点在高速检测、产品开发、质量控制、反向工程等领域得到广泛的应用和发展。其测量准确度随着硬件设备和图像处理技术的发展而大幅度提高，但针对复杂被测物，其容错能力、抗干扰能力较弱，从而制约了其实用性。为此，本文研究采用普通条纹结构光三维测量方法，针对复杂被测物受相位展开方法和表面特性影响带来的测量误差，研究多频相位展开方法、表面高亮抑制方法及其装置。1.本文对于目前展开相位的复杂计算，范围有限和波长位置跃跳导致大误差的问题

6、，提出一种双频条纹结构光相位展开方法，建立其数学模型。进而，针对实际应用环境，对提出的相位展开方法进行了误差分析，推导其误差容限。通过三维测量与抗干扰能力仿真验证实验，在有干扰和无干扰环境下，验证双频相位展开数学模型和误差分析的正确性。2.针对现有多频模式时间相位展开方法，即多频分层、多频外差和多频数论，通过测量原理阐述、测量误差分析、数值仿真实验与本文双频条纹结构光相位展开方法进行对比研究。鉴于投射图案起止点存在跃跳误差问题，提出一种错位双频条纹结构光相位展开方法，完成其理论分析和数值仿真验证。3.为进一步拓展条纹

7、结构光量程，或在同量程范围内提高相位展开方法的抗干扰能力，将双频相位展开方法拓展到三频相位展开方法。建立其数学模型，对提出的相位展开方法进行误差分析，推导其误差容限。分析条纹结构光组合的等效波长，给出最优频率组合准则。通过三维测量与抗干扰能力仿真验证实验，在有干扰和无干扰的仿真环境下，验证三频相位展开数学模型和误差分析的正确性，以及在误差、抗干扰能力方面的有效性。4.针对条纹结构光测量过程中高亮区域导致测量失效，提出基于线性扩散板的高亮抑制方法，推导出入射光线经过线性扩散板之后的辐射照度与高亮点反射光线的辐射亮度表达

8、式，建立了基于辐射度量学的线性扩散板抑制高亮原理模型。为进一步消除高亮区域，针对现有高亮抑制算法存在复杂的图像分割问题，提出反射分量分离理论与基于优先级的像素填补方法相结合的强反射表面高亮抑制图像处理算法。5.提出和实现条纹结构光三维测量的高亮抑制方案和装置，针对典型-I-表面和复杂表面进行三维测量实验。实验表明，双频和三频条纹结构光相位展开方