數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法研究.pdf

1、人類所處的物理世界空間是三維的，任何實物都以三維的方式呈現(xiàn)。隨著社會的進(jìn)步發(fā)展，三維信息獲取技術(shù)面臨越來越大的社會需求。數(shù)字結(jié)構(gòu)光三維測量方法作為當(dāng)前重要的測量手段，一直是研究的熱點之一。但該技術(shù)仍然受到投影非線性效應(yīng)和相位解包裹兩大難題的制約。
　　圍繞數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三維測量方法中的兩個難點問題，論文開展了基于參考平面法的投影非線性效應(yīng)研究和離焦Dither結(jié)構(gòu)光圖案的相位特性研究，分別提出了兩種克服非線性效應(yīng)的數(shù)字投影結(jié)構(gòu)光三

2、維測量新方法;然后，論文通過對克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼方法的深入研究，提出兩種克服非線性效應(yīng)的階梯相位編碼新方法和一種克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼方法的定標(biāo)與三維重構(gòu)新方法。
　　論文主要工作內(nèi)容包括四個方面:
　　1、論文研究了數(shù)字投影非線性效應(yīng)對基于相移法的參考平面結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)的影響關(guān)系，提出了相應(yīng)的相位輪廓誤差公式，在此基礎(chǔ)上分析了誤差波動振幅與相位、消相位輪廓誤差平面位置和極大相位輪廓誤差位置等重要特性，并通過

3、相關(guān)實驗證實了理論推導(dǎo)的消相位輪廓誤差位置等誤差特性關(guān)系。
　　2、論文在深入闡述了離焦二元編碼結(jié)構(gòu)光三維測量方法的編碼原理與離焦特性的基礎(chǔ)上，對離焦Floyd-Steiberg Dithering算法正弦結(jié)構(gòu)光圖案的相位偏移特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)由于該算法的非對稱式誤差擴(kuò)散將導(dǎo)致相位偏移量;通過模擬分析和實驗驗證，獲得了該算法中兩種掃描方式對不同條紋寬度、不同離焦量和不同相移步數(shù)的投影結(jié)構(gòu)光圖案產(chǎn)生的相位偏移量誤差結(jié)果。
　　

4、3、論文對投影結(jié)構(gòu)光三維測量的非線性效應(yīng)克服方法進(jìn)行了研究，提出了三極脈寬編碼的二元編碼轉(zhuǎn)換方案和基于參考平面濾波的結(jié)構(gòu)光投影非線性校正方法，實現(xiàn)了在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下的非線性效應(yīng)消除。
　　(1)三極脈寬編碼的二元編碼轉(zhuǎn)換方案利用兩組二元結(jié)構(gòu)光編碼圖案代替一組三極脈寬編碼圖案，在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下，實現(xiàn)了三極脈寬編碼方法的無非線性效應(yīng)三維測量效果。
　　(2)基于參考平面濾波的結(jié)構(gòu)光投影非線性校

5、正方法從濾除非線性諧波項的參考平面的結(jié)構(gòu)光圖像中獲取誤差相位的相位補償表，用于對場景相位圖進(jìn)行相位誤差補償，在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下，大大消除結(jié)構(gòu)光三維測量的非線性效應(yīng)誤差。
　　4、論文對克服非線性效應(yīng)的絕對相位編碼技術(shù)進(jìn)行研究，提出了兩種階梯相位編碼方法（對稱式和非對稱式二元區(qū)塊相移編碼方法）和一種基于絕對相位三維映射的離焦系統(tǒng)三維重構(gòu)方法。即:
　　(1)兩種新的階梯相位編碼方法（對稱式和非對稱式二元區(qū)塊相移

6、編碼方法）只需要簡單的二元區(qū)塊進(jìn)行圖案編碼，并利用傳統(tǒng)等步距相移算法解碼，在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下，實現(xiàn)對場景圖像進(jìn)行多級階梯相位編碼。
　　(2)基于絕對相位三維映射的離焦系統(tǒng)三維重構(gòu)方法，利用雙頻離焦二元結(jié)構(gòu)光編碼方法，在避免投影儀非線性效應(yīng)標(biāo)定的情況下，獲得場景絕對相位編碼;利用每個點的絕對相位編碼直接映射到三個空間維度坐標(biāo)的方法，獲得三維重構(gòu)圖像，消除了某個坐標(biāo)信息對其他坐標(biāo)的誤差影響;通過“已知平面點的三維重構(gòu)