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 本 文以結構光源投影法 (Structure Light) 進行三度空間物體的外形量測，利用簡單及低成本的實驗架構，以商用投影機及 CCD 像機在 PC 系統的架構下發展出一套量測系統。在系統中以光柵投影在三度空間的物體上，再利用一個新的編碼方法找出唯一對應點，並可同時提高解析度。本文以反透視投影法來估算物體外形並解決非格點之問題 (subpixel problem)，求出空間座標及影像座標，再轉換得出物體外形或深度 (Depth) 的訊息。 9.1 前　言 　　三度空間物體外形的非接觸性量測在實際的應用上有愈來愈多的趨勢。待測物體在三度空間的座標位置，經過 CCD 像機以透視投影 (Perspective Projection) 成像在 2-D 影像平面上。此一影像經過前級處理，在不同的理論基礎及一些輔助條件的配合下，可用三角幾何的關係得到 3-D 及 2-D 之對應關係，並計算出物體外形。其應用範圍很廣，舉凡機器人視覺、模具製造、自動導航、太空遙測、醫學影像、電腦輔助設計等。 　　三維物體外形的非接觸性量測有下列幾種方法，一般常用的有 (1) Direct Sensing 法，以雷射光量測物體表面之點來計算其高度 ( 如 Laser Range Finder)。(2) Shape from X 法，以陰影、邊緣、構造、運動 (Shading、Contours、Texture、Motion) 之變化來計算物體外形。(3) Depth from Stereo 法，以平行或非平行相機架構來計算物體在空間之座標位置。(4) Changing Focal Length 法，以變化之焦距關係來得到相關之資訊。(5) Plenoptic Camera 法，以三個相機來計算物體在空間之座標位置。(6) Shadow Moire 法，以疊紋的相位變化去計算物體之高度。(7) Structured Light 法，這是一種光柵投影的方式，利用物體曲面的變化使對應的參考點的投影位置移動，進而計算出物體外形。將一般性的方法及使用的理論整理如表 9.1 所示。 表 9.1　物體外形回復相關方法 方　　　　法 理　　　　論 文 獻 (1) Direct Sensing Laser Range Finder [1]~[3] (2) Shape from X By Shading, Contours, Texture, Motion [4]~[6] (3) Depth from Stereo Stereo Disparity [7]~[9] (4) Changing Focal Length By Defocus [11]~[12] (5) Plenoptic Camera By Lens Aperture [13]~[14] (6) Shadow Moire Interferometry [15] (7) Structured Light Pattern Projection [10], [16]~[30] 　　本章針對結構光源法 (Structured Light) 來進行研究，即表 9.1 中的第七個方法來進行三度空間物體外形之量測。希望設計出以一個成本低廉而又簡單的實驗架構，可在 PC 586 的系統下完成量測之工作。本文提出一個新的方法，利用一個規則變化之光柵圖案來解決對應問題，同時以反透視投影來處理問題及提昇解析度。 9.2 影像處理的一般性問題 　　近年來由於計算機的快速演進，使計算能力快速的增加。以往必須用到工作站層級才能完成的工作，現在只要用 PC 即可進行。使得非接觸性的方法來進行 3-D 物體外形的量測變成是實際可行的。本文針對 Structure Light 的原理，設計出特殊規律的編碼圖案，投影在待測物體上，因物體曲面的變化而使投影圖案的座標產生偏移，再以 CCD 像機抓取經光柵投影到物體後的影像，經過解碼轉換，計算出所要的三度空間資料。由於不需要直接接觸到物體進行量測，而利用一般性的理論及技術即可根據 2-D 影像資料來量測物體的外形，此一系統的架構簡單而有效。對一般的應用而言是一個可行的技術。 　　三度空間的量測技術是一個非常實用的技術，然而在許多方法上與一般實用性的要求間仍有一些距離，一般存在的問題包括 (1) 資料計算量太大，(2) 光源不穩定，(3) CCD 雜訊太大，(4) 無法即時上線 (real time on line)，(5) 假設的理想條件太多，(6) 設備昂貴，(7) 僅解決部份問題，(8) 應用時有其特定性。本文提出一個簡單實驗架構，在很少的配備下完成這個三度空間量測技術。同時提出一個新的光柵編碼圖案來解決唯一對應之問題。 9.3 結構光源之相關研究 　　三度空間的非接觸性