基于编码结构光的三维测量技术及其仿真研究论文答辩.ppt

重庆理工大学学士学位论文答辩,基于编码结构光的三维测量技术及其仿真研究 二级学院 电子信息与自动化学院 专 业 电子信息工程 学 号 姓 名 指导教师,绪 论,课题研究背景 与传统的二维图像相比，物体的三维图像能够更加全面、真实地反映客观物体，提供更加丰富而准确的信息。因此，三维测量技术日益成为科学分析、生物工程、医学检测和工业生产等方面研究的重要手段。 光学非接触测量是现代三维测量技术的发展方向，其中结构光三维测量技术是近年来的研究热点之一。,绪 论,编码结构光法三维测量技术 编码结构光法三维测量是把按某种方法形成的编码图案投射到被测物体表面从而获得物体三维信息。根据编码方法按照一定的方式进行解码，可得到图案上各个点所对应的投射角 ，利用结构光基本公式就可以得到物体表面的三维信息，编码结构光是最可靠的三维测量技术之一。这种方法测量精度较高，图像获取时间较短，是目前结构光三维视觉的主要发展方向。,绪 论,本课题研究的内容 1、研究格雷码编解码方法，设计投射的编码图案和投射方式。 2、运用3dsmax软件仿真三维测量系统并获得仿真的拍摄图像。 3、运用Matlab软件编程得到格雷码编码条纹图案以及对拍摄图像进行处理，从而得到景物表面点坐标和重构图。 4、对不同几何体进行仿真实验，对实验结果进行分析。,格雷码编解码原理及系统设计,扫描角的确定 能否精确地确定扫描角 是整个测量系统的关键 。 （该扫描角以OB边为基准）其中N为编 码总数，k为P点所在的编码区域，将 代入 系统的数学模型公式即可得到点P的三维坐 标。,格雷码编码,格雷码表示为： 二进制码表示为： n位二进制转换到n位 格雷码 ：,格雷码解码,n位格雷码转换到 n位二进制 ： D代表十进制码， 格雷码转换为十进制：,格雷码条纹图案实现 clear all %读取一幅640480的图像 I=imread(i.jpg); %图像灰度化 J=rgb2gray(I); figure %生成格雷码编码条纹图 A=J; A(:,1:320)=0;A(:,321:640)=255; subplot(3,3,1),imshow(A), title(a)第一幅格雷码条纹图); B=J; B(:,1:160)=0;B(:,161:480)=255; B(:,481:640)=0; subplot(3,3,2),imshow(B), title(b)第二幅格雷码条纹图);,生成的格雷码条纹图案 第一到第七幅格雷码条纹图案：,基于格雷码编码的三维测量系统设计 测量系统主要由投影仪、摄像机、被测物体和计算机组成。,系统原理图 M是摄像机镜头中心，O是投影仪光源中心， OM=B。,系统在XOY面上的投影 图中阴影部 分为可测区域。 X：250600mm Y：90460mm Z：-150150mm B=550mm 投影仪光源中心线与摄像机镜头光轴均在XOY面上 。,摄像机坐标系 M、H分别即为摄像机获得图片的长、宽的一 半，m、h为被测物表面上一点P在图片中的位置。,系统数学模型 由上面式子得到：,要计算出坐标需先计算得到 、 、 。 由上式得到：,得到点P的坐标： 其中，N=128，M=320，H=240， ， ， 。,三维重构程序流程图,平面测量仿真,仿真的被测平面,平面格雷码投射条纹图,重构的平面,平面的测量误差图,平面重构误差分析,球面测量仿真 球心坐标(500.000,-250.000,0) 半径为120mm 。 误差点最大：1.875，最小：-3.489， 方差：1.610， 最大的相对误差为：0.70% 。,全亮的强度图像,重构的部分球面,球面测量沿X轴方向的误差,圆锥面测量仿真 底面半径：120mm ，底面中心 坐标：(500.000,-250.000,-100.000) 高度：200mm。 x：379.7326,501.7252 y：-343.7707，-166.6869 z：-100.2635,97.3032,全亮的强度图像,重构的圆锥面,圆锥面测量沿X轴方向的误差,茶壶面测量仿真,仿真的被测茶壶面（视角1）,重构的茶壶表面（视角1）,重构的茶壶表面（视角2）,仿真的被测茶壶面（视角2）,总 结,通过对基于格雷码编码的三维测量系统的分析和设计，使