作者冀然

摘要

結構光三維測量技術是解決非接觸三維測量問題的一個有效途徑，它彌補了傳統機器視覺以二維強度影象恢復三維景物的過程中損失了深度資訊的缺陷，可實現對三維景物的完整描述。 本文采用3dsmax和Matlab軟體對灰度格雷碼結構光三維測量系統進行計算機模擬研究。系統採用按時間編碼方式，用投射器向被測景物按次序投射一組灰度格雷碼圖案，並由攝像機從一定角度攝取其強度影象；通過影象解碼獲得系統可測空間內每一點的掃描角，應用系統數學模型計算被測景物表面點的三維資料；測量資料經過處理，通過系統軟體對被測景物表面進行重構，恢復景物表面。...

收起出版源哈爾濱理工大學 , 2006

基於格雷碼和線移編碼的結構光系統標定

RGB顏色格雷碼結構光三維測量技術研究

關叢榮  於曉洋  吳海濱  於嵩  尹麗萍  

【摘要】：提出一種基於RGB顏色格雷碼的結構光編碼方法。該方法是將紅、藍條紋按二進位制格雷碼編碼方式進行編排,並在紅、藍條紋之間用一個畫素的綠條紋作為分界。由於投射光強相同,基於CCD的攝像機拍得的條紋影象中綠條紋向紅、藍區域擴散程度等同,提取綠條紋的中心即可獲得條紋的準確定位,再依據三角法原理實現三維物體測量。文中具體介紹了該方法的編碼、解碼原理,分析了基於HSI空間的彩色影象分割方法,給出了基於3dsMAX和MATLAB環境下的重構模擬實驗結果。

條紋分隔顏色格雷碼結構光三維測量技術研究

關叢榮  

【摘要】： 非接觸三維測量技術以其效率高、自動化程度高、造價較低等優點,被廣泛地應用於工業生產和現實生活中。結構光方法是具有較高實用性和發展潛力的三維非接觸測量技術。編碼結構光法以其高效、高速和勿需掃描而成為結構光三維測量技術的發展方向。彩色編碼較之灰度編碼效率更高,相對於空間和直接彩色編碼方法,時間彩色編碼方法具有較高的準確度和取樣密度而成為彩色編碼結構光發展方向。提高準確度是測量領域的永恆追求,提高取樣密度則是三維視覺測量中極具挑戰性的任務。為此,本文以提高時間編碼結構光三維測量的準確度和取樣密度為目的,研究條紋分隔顏色格雷碼結構光三維非接觸測量原理及其關鍵技術。 為提高編碼結構光的準確度,本文從分析傳統格雷碼條紋中心解碼原理誤差出發,提出顏色邊緣格雷碼解碼方法。該方法以彩色條紋邊緣作為取樣點,從原理上消除了條紋中心解碼帶來的0.5個最低位固有量化誤差;邊緣解碼與其高點陣圖像中紅藍條紋內部而非邊緣相對應,大大降低了格雷碼碼值被誤判的機率、提高解碼可靠性;彩色條紋較之灰度條紋還能減少條紋擴散影響產生的邊緣檢測誤差。 為提高編碼結構光的取樣密度,基於顏色邊緣格雷碼在每相鄰彩色條紋處嵌入其它顏色的寬度固定條紋,將寬度固定條紋的邊緣和中心作為取樣點,達到不增加投射幅數的前提下提高取樣密度的目的。 採用條紋分隔顏色格雷碼編碼方法進行三維測量時,作為取樣點的彩色條紋邊緣和中心的準確檢測是保證系統測量精度的關鍵。針對編碼條紋特點,基於行掃描技術,提出基於彩色分量交點亞畫素檢測條紋邊緣演算法,以及彩色分量重心法亞畫素檢測條紋中心演算法,並用相關模擬實驗初步驗證了方法的可行性和準確性。 因受系統硬體裝置、環境光強度、拍攝角度及空間物體幾何形狀等因素影響,彩色條紋影象會產生顏色失真影響條紋檢測精度,需要進行顏色校正。為此,本文基於自然光環境下對投影儀和攝像機進行顏色標定,用獲得的硬體顏色標定矩陣校正所拍攝的彩色條紋影象,以消除影象各彩色分量之間的影響。基於歸一化彩色模型l1l2l3空間實現彩色條紋影象歸一化,以消除環境光強度、拍攝角度及空間物體幾何形狀等因素影響,從而提高彩色條紋邊緣和中心亞畫素的檢測精度。 採用3dmax軟體模擬投影儀、攝像機、被測物和被測環境,所獲得的模擬編碼影象利用Matlab軟體根據給出的系統數學模型重構被測物表面。針對不同模擬三維物面進行了顏色格雷碼中心編解碼和條紋分隔顏色格雷碼編解碼方法的對比實驗。 基於條紋分隔顏色格雷碼編碼方法組建實驗裝置,進行系統引數設計,採用線性標定法標定實驗裝置引數,並對系統不確定度進行了分析,針對典型表面和複雜表面進行三維測量實驗。實驗結果表明:在系統量程範圍內,最大測量誤差小於2mm,相對誤差小於0.2%;重構的複雜表面與被測表面形狀相符,能夠較平滑細緻地反映被測表面形貌。 本文的研究為結構光提供了新的原理和技術,實現了高準確度密集取樣三維測量,對提高結構光三維測量技術水平和拓展其應用領域有重要意義。

【關鍵詞】：編碼結構光顏色格雷碼邊緣檢測亞畫素三維測量【學位授予單位】：哈爾濱理工大學【學位級別】：博士【學位授予年份】：2009【分類號】：TP391.41

 · 摘要6-8

· Abstract8-16

· 第1章 緒論16-31

· 1.1 研究背景及意義16

· 1.2 三維測量技術研究方法16-20

· 1.3 彩色編碼結構光研究現狀20-29

· 1.3.1 國外彩色編碼結構光研究現狀20-27

· 1.3.2 國內彩色編碼結構光研究現狀27-29

· 1.4 課題來源及研究內容29-31

· 第2章 系統組成與編解碼原理31-40

· 2.1 引言31

· 2.2 系統組成及數學模型31-33

· 2.3 系統編解碼原理33-39

· 2.3.1 編碼顏色選取34

· 2.3.2 顏色邊緣格雷碼編解碼原理34-37

· 2.3.3 條紋分隔顏色格雷碼編解碼原理37-39

· 2.4 本章小結39-40

· 第3章 彩色條紋邊緣和條紋中心亞畫素檢測40-57

· 3.1 引言40

· 3.2 彩色模型40-42

· 3.3 彩色條紋邊緣亞畫素檢測42-52

· 3.3.1 彩色邊緣檢測42-47

· 3.3.2 彩色分量交點法邊緣檢測原理47-50

· 3.3.3 邊緣檢測模擬實驗50-52

· 3.4 彩色條紋中心亞畫素檢測52-56

· 3.4.1 條紋中心檢測52-53

· 3.4.2 彩色分量重心法檢測原理53-55

· 3.4.3 中心檢測模擬實驗55-56

· 3.5 本章小結56-57

· 第4章 彩色條紋影象的顏色校正57-71

· 4.1 引言57

· 4.2 硬體裝置的顏色標定57-60

· 4.2.1 投影儀顏色失真原因58

· 4.2.2 攝像機顏色失真原因58-59

· 4.2.3 基於結構光光照模型的顏色標定59-60

· 4.3 彩色條紋影象歸一化60-65

· 4.3.1 二分光反射模型61-64

· 4.3.2 歸一化彩色模型l_1l_2l_364

· 4.3.3 影象歸一化實驗64-65

· 4.4 歸一化條紋邊緣與中心亞畫素檢測演算法及其實驗結果65-70

· 4.5 本章小結70-71

· 第5章 三維測量模擬系統設計及實驗71-88

· 5.1 引言71

· 5.2 模擬系統設計71-74

· 5.3 顏色格雷碼結構光三維測量模擬實驗74-77

· 5.4 邊緣取樣三維測量模擬實驗77-81

· 5.5 中心取樣三維測量模擬實驗81-84

· 5.6 全取樣三維測量模擬實驗84-87

· 5.7 本章小結87-88

· 第6章 實驗裝置及三維測量實驗88-103

· 6.1 引言88

· 6.2 實驗裝置組建88-90

· 6.3 裝置標定90-93

· 6.3.1 標定數學模型90-91

· 6.3.2 攝像機標定91-92

· 6.3.3 基於正交顏色邊緣格雷碼投影儀標定92-93

· 6.4 測量不確定度分析93-98

· 6.5 裝置測量實驗98-102

· 6.5.1 平面測量實驗98-100

· 6.5.2 不規則物面測量實驗100-102

· 6.6 本章小結102-103

· 結論103-105

· 參考文獻105-117