光栅投影三维形貌测量技术的研究-光学工程专业论文.docxVIP

西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l页 摘要 三维物体表面轮廓的自动测量，可用于产品质量控制、工业在线检测、机 器视觉、实物仿型、医学诊断、地质勘探、计算机辅助设计与加工等许多方面。 傅里叶变换轮廓术是结构照明型三维传感领域中运用较为广泛的一种方法，它 只需要有一幅参考光栅图像和一幅变形光栅图像，所需的图像空间较小，并且 系统结构简单、测量速度快、精度高和可以进行大场景全场测量。 本文围绕光栅投影三维物体表面轮廓工程测量方法，从理论和实践两方面 进行了深入研究，其内容如下： 介绍了莫尔测量轮廓术(MFP)、调制度测量轮廓术(删P)、相位测量轮廓 术(PMP)以及傅里叶变换轮廓术(FTP)的测量原理，利用等效波长的概念对 FTP测量方法中的参数进行优化选择，保证了傅里叶频谱中各级谱的完全分离 与系统测量精度。 研究了摄像机透镜成像的数学模型，提出了基于非共面点的摄像机自动标 定方法，给出了高度和相位之间的映射关系，以及坐标(X，Y)的标定方法。 介绍了各种位相展开算法，提出了基于小波变换截断线基本走向检测的位 相展开方法，有效解决了噪声、高度突变、阴影对位相展开的影响。 研究了光栅图像的投影、采集及预处理方法，并对得到的被测物体表面三 维数据点进行了重构显示，研究了多视点距离图像配准的算法。 提出了由LCD投影仪、CCD摄像机、图像采集卡和光学导轨等组成的光栅 投影三维物体表面轮廓测量系统的硬件装置，实现了用一台计算机同时控制投 影和采集光栅图像。用Visual c++6．0开发了测量系统软件，集成了系统标定、 图像处理和图像分析等功能，最后给出了傅里叶变换轮廓术的实验数据和结果 分析。 通过理论分析和实际测量，证髓了系统标定方法、位相展开算法以及图像 处理算法的有效性。 关键词：机器视觉，傅里叶变换轮廓术，摄像机标定，位相展开，配准 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第|I页 Abstract The application of 3D object surface measurement is more and more important in the domain of industrial inspection，quality controlling，machine vision,CAD／CAM，and medical science，etc．Fourier Transfer Profilometry is widely used among the methods of structured illumination 3D sensing，it only needs one reference grating image and one deformed grating image，and has the qualities ofsimple measurement system、fastness ofdata acquisition and high precision． Based on the method of engineering measurement of 3D object surface，this dissertation studies the theories and application of Fourier TransfoITn Profilometry．It consists of the following contents： 111e principle of Morie Profllometry、Modulation Measurement Profilometry、Phase Measurement Profilometry and Fourier Transfornl Profilometry iS analysized．With the conception ofequivalent wavelength，We are able to make better choice ofparameters，and can ensure the complete separation of all the spectra in frequency domain and the measuring precision ofsystem． The mathematical model of camera imaging is studied．and a calibration method for 3D machine vision，which combines height calibration with positi