便攜式相位光柵輪廓全貌測量技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的測量方式和測量信息已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需求，因此針對(duì)復(fù)雜自由曲面的快速、高精度、多信息的全貌測量技術(shù)已成為一個(gè)重要的研究方向。特別是基于相位光柵的視覺測量技術(shù)因?yàn)槠浞墙佑|、速度快、精度高、全視角等優(yōu)點(diǎn)得到了更廣泛地應(yīng)用。
　　本文對(duì)相位光柵測量技術(shù)進(jìn)行了深入地分析，并自主設(shè)計(jì)和研發(fā)了一套便攜式相位光柵輪廓全貌測量系統(tǒng)，并以該測量系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。本文

2、主要的研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　1.針對(duì)圖像的特征識(shí)別、邊緣提取和中心定位等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。主要提出了一種利用多項(xiàng)式擬合的亞像素邊緣精確定位算法;基于幾何特性實(shí)現(xiàn)了圓形特征對(duì)象的穩(wěn)健識(shí)別;根據(jù)調(diào)和共軛和配極對(duì)應(yīng)等原理，又提出了一種新的高精度圓心定位算法;最后將本文算法和張正友的標(biāo)定方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、高精度地?cái)z像機(jī)標(biāo)定，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各算法的有效性和精度。
　　2.立體匹配是三維重構(gòu)的重

3、要條件，本文提出了一種針對(duì)相位光柵的亞像素定位算法，實(shí)現(xiàn)高精度的立體匹配;在保證測量精度的前提下，盡可能地減少投射光柵的數(shù)目具有一定的意義，本文對(duì)影響相位計(jì)算精度的因素進(jìn)行了分析，提出了將三步相移法和四步相移法結(jié)合的解決方案，充分地發(fā)揮了兩者各自的優(yōu)點(diǎn)。
　　3.詳細(xì)分析現(xiàn)有多視拼接技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇適合本文測量系統(tǒng)的基于粘性標(biāo)記點(diǎn)的拼接方法。針對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的匹配問題，本文基于三維重構(gòu)深度差，提出了一種適應(yīng)性更強(qiáng)的立體匹配算法。在

4、此基礎(chǔ)上，又根據(jù)距離不變性實(shí)現(xiàn)多視同名標(biāo)記點(diǎn)的搜索，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的初始拼接。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)僅利用粘性標(biāo)記點(diǎn)的拼接精度不能滿足高精度測量系統(tǒng)的要求，因此本文在初始拼接結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了一種多層次ICP精確配準(zhǔn)算法，該方法利用初始拼接誤差動(dòng)態(tài)調(diào)整距離閾值，從而不斷減小受非對(duì)應(yīng)點(diǎn)的影響，最終完成優(yōu)化拼接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)優(yōu)化處理后數(shù)據(jù)拼接精度約提高3倍。
　　4.針對(duì)相位光柵測量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，本文實(shí)現(xiàn)了一種簡單實(shí)用的點(diǎn)云法矢估算方法，通過

5、實(shí)驗(yàn)證明了算法的正確性，且具有較高的執(zhí)行效率，為用戶的可視操作和后續(xù)算法的運(yùn)算提供了可靠的輔助信息。
　　5.數(shù)據(jù)融合是測量系統(tǒng)中必不可少的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，考慮數(shù)據(jù)噪聲和配準(zhǔn)誤差的影響，本文在已有算法的基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)鄰域均值聚類融合算法，該算法主要包括檢測重疊區(qū)域、計(jì)算初始中心點(diǎn)和聚類迭代等三個(gè)步驟。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性和精度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法不僅能夠從多視冗余數(shù)據(jù)中正確地獲取單一型面數(shù)據(jù)，而且融合結(jié)果在細(xì)節(jié)保留方面