基于彩色結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的三維視覺.pdf

1、按照是否向目標(biāo)物體投射光源，把計(jì)算機(jī)視覺分為主動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺和被動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺。以立體視覺為代表的被動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺存在特征點(diǎn)匹配不精確的問題，匹配復(fù)雜，三維重建精度較低，從而限制了它的應(yīng)用范圍。在主動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺中，利用投射裝置向目標(biāo)物體投射具有一定形態(tài)的光模板，解決了被動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺特征點(diǎn)匹配不精確的問題，所以相比于被動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺，主動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺具有重建精度高、受控性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)光三維視覺是一種典型的主動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，主

2、要應(yīng)用于工業(yè)檢測，柔性體三維測量等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光三維視覺利用二值或灰度編碼方法來生成光模板，需拍攝多幅圖片來實(shí)現(xiàn)三維重建，重建效率較低，僅局限于靜態(tài)物體的三維重建，不能應(yīng)用于動(dòng)態(tài)物體重建。本文研究的彩色結(jié)構(gòu)光三維視覺是利用顏色編碼生成光模板，充分利用空間編碼的優(yōu)點(diǎn)，只需一次投射，拍攝一幅圖片便能獲取目標(biāo)物體精確的三維信息，實(shí)現(xiàn)快速高精度的三維重建。本文深入研究了彩色結(jié)構(gòu)光三維視覺技術(shù)，主要取得以下研究成果： （1）

3、對(duì)現(xiàn)有的基于De Bruijn序列彩色結(jié)構(gòu)光編碼方法進(jìn)行改進(jìn)，提高了三維重建的分辨率和重建精度?，F(xiàn)有的基于De Bruijn序列的結(jié)構(gòu)光編碼方法存在以下缺陷：編碼時(shí)采用了較多的顏色種類，導(dǎo)致光模板抗干擾能力較差；相鄰光條間顏色對(duì)比度不強(qiáng)，當(dāng)光模板投射到待測物體表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光條邊緣交疊現(xiàn)象，影響重建精度。本文在利用De Bruijn序列編碼時(shí)引入黑色光條作為間隔光條，使用的顏色種類降為原來的一半，提高了三維重建的分辨率，增強(qiáng)了光模板的抗干

4、擾能力；同時(shí)，黑色光條和相鄰彩色光條間的顏色對(duì)比度增強(qiáng)，相鄰光條間邊界明顯，減弱了光條邊界的顏色交疊現(xiàn)象，提高了重建精度。 （2）提出了一種基于直線擬合的方法來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)亞像素級(jí)標(biāo)定。結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標(biāo)定是利用結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維重建的關(guān)鍵步驟之一，傳統(tǒng)標(biāo)定方法是基于像素級(jí)精度的標(biāo)定，且標(biāo)定特征點(diǎn)較少。本文在研究結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)，首先通過光條邊緣點(diǎn)擬合出光條邊緣直線方程，再根據(jù)標(biāo)定板上角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)擬合出豎直方向上共線角點(diǎn)的直線方程

5、，通過求直線方程的交點(diǎn)來獲取標(biāo)定特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，最后利用線性插值算法求出標(biāo)定特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)，達(dá)到亞像素級(jí)精度的標(biāo)定。同時(shí)，利用本文提出的標(biāo)定方法，可以提取出大量標(biāo)定特征點(diǎn)，降低標(biāo)定的偶然誤差，提高了標(biāo)定精度。 （3）為了得到更高的三維重建精度，本文根據(jù)邊界像素的灰度信息，對(duì)現(xiàn)有的Canny邊緣檢測算法進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)亞像素級(jí)精度的邊緣特征點(diǎn)檢測。應(yīng)用本文提出的特征點(diǎn)檢測算法，提高了特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)的提取精度，進(jìn)而提高了三維重